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Universidad Nacional de Colombia - Sede Medellín Laboratorio 1-Informe Carlos Eduardo Gutiérrez López - 1020457282 Camilo Montoya Ángel - 1037667107 Dayana María López Sánchez - 1001233791 INTRODUCCIÓN: El presente informe presentará los resultados de simulación de tres circuitos con conexiones circuitales en serie, paralelo y mixta. Se realizaron montajes con elementos sencillos: resistencia, bombilla incandescente y una fuente de voltaje AC, para ilustrar el comportamiento de estos tres tipos de conexiones circuitales, ya que son las formas básicas en las que viene dado un circuito. Se describirán los cálculos teóricos que fueron tenidos en cuenta, así como descripciones generales de los resultados de simulación obtenidos. OBJETIVOS: Retomar mediante tareas de diseño los conceptos de circuitos conectados en serie, en paralelo y en ambos tipos de conexiones. Identificar los puntos de un circuito que permiten tomar mediciones de voltajes, corrientes y potencias. Hacer uso de algún software de simulación de circuitos para simular circuitos simples y comenzar a desarrollar familiaridad con dichos programas.
DISEÑOS Y CÁLCULOS TEÓRICOS:
Todas las simulaciones se harán con una fuente AC de 60 kHz y, en base a los últimos dos dígitos de las identificaciones de los primeros dos integrantes del equipo de trabajo, se establecieron los siguientes valores de fuente, bombilla y resistencia:
- Fuente AC 𝑉𝑓 = 120 𝑉 − 2. 9 𝑉 = 117. 09 𝑉
- Bombillas de 120 𝑉 y 𝑃𝑏 = 100 − 3. 07 = 96. 93 𝑊
- Resistencia 𝑅𝑙 = 214 − 3. 07 = 210. 93 𝑂ℎ𝑚𝑖𝑜𝑠 A continuación, se ilustran los resultados de tres circuitos diferentes: uno conectado en serie, otro conectado en paralelo y finalmente un circuito mixto. Se analizarán los valores de los parámetros que pueden medirse en el circuito, así como el resultado general que se produjo en cada simulación, para analizar los diferentes comportamientos según el tipo de conexión: Circuito #1, conexión en serie : Para el diseño del circuito conectado en serie, se utilizaron: una resistencia, tres bombillas incandescentes y una fuente de voltaje AC. Los valores de los parámetros de cada uno de estos elementos son los que fueron especificados al inicio de la sección. La siguiente Figura muestra una captura en un instante del tiempo de la simulación general del circuito: Figura 1: Circuito en serie
Finalmente, se debe mencionar que este análisis, hecho para el instante en el que fue tomada la captura del circuito, es de validez general para cualquier instante del tiempo que se quiera analizar. Circuito #2, conexión en paralelo: En el montaje en paralelo se tomaron las mismas consideraciones que en el montaje del Circuito #1. Es decir, los elementos usados que son fuente, bombillas, resistencia, frecuencias y demás configuraciones en los parámetros serán las mismas, y a su vez se hizo el análisis en un instante aleatorio de la simulación. Imagen 2: Circuito en paralelo En la siguiente Tabla se resumen los valores de voltajes, corrientes y potencias que se lograron medir de la simulación, en el instante del tiempo en el cual fue tomada la captura: Fuente Resistencia Bombilla 1 Bombilla 2 Bombilla 3 Voltaje(V) 115.92 115.92 115.92 115.92 115. Corriente (mA)
Potencia(W) - 335,066 63.7073 90,4528 90,4528 90, Tabla 2: Circuito en paralelo (medidas) A diferencia del caso del Circuito #1, los valores que aparecen medidos en la Figura 2 corresponden completamente con los valores que fueron reportados en la Tabla 2. Esto se debe a que el simulador entrega las medidas de las corrientes correspondientes a cada línea y no es necesario realizar cálculos adicionales con ellas. Mientras tanto, en el caso del voltaje se debe notar que, dado el montaje en paralelo, los voltajes son el mismo tanto en la fuente como en la resistencia y, por este tipo de conexión, en los demás elementos de manera análoga se cumplirá esta igualdad. También se puede apreciar cómo la corriente que atraviesa las bombillas es igual debido a las características físicas que estas presentan,
y además, como tienen un mismo voltaje dado por su conexión, obtenemos potencias iguales en cada una de ellas. Por último, se puede observar cómo al hacer un balance de potencias, el elemento que produce energía (la fuente) tiene potencia en este caso de - 335,066W y, por otro lado, al hacer la respectiva suma potencia de los demás elementos del circuito se obtiene aproximadamente 335,0657 W, y así se verifica que los valores son correctos al estar muy cercano la potencia entregada por la fuente de la potencia disipada en los elementos. Se observó, de manera análoga a como ocurrió en el Circuito #1, cómo las bombillas se encendían y apagaban intermitentemente en la simulación dinámica del circuito, debido a los cambios en el signo inherentes a la fuente de voltaje AC. Finalmente, se debe mencionar nuevamente que este análisis, hecho para el instante en el que fue tomada la captura del circuito, es de validez general para cualquier instante del tiempo que se quiera analizar. Circuito #3, circuito mixto: A diferencia de los Circuitos #1 y #2, para este montaje no se hizo uso de ningún elemento resistivo, y en cambio se usaron 4 bombillas con los mismos parámetros de las bombillas anteriores, y la misma fuente de voltaje AC. La siguiente Figura muestra una captura en un instante del tiempo de la simulación general del circuito: Figura 3: Circuito Mixto En la siguiente Tabla se resumen los valores de voltajes, corrientes y potencias que se lograron medir de la simulación. Como se ha venido manejando en los Circuitos anteriores, los valores en esta Tabla corresponden a los reportados en el instante del tiempo en el cual fue tomada la captura.
CUESTIONARIO:
Describa el principio de funcionamiento de los interruptores. R= el funcionamiento del interruptor se basa en abrir o cerrar el circuito en un determinado punto, cortando o permitiendo respectivamente el paso de la corriente a través del conductor Diga Cómo están clasificados los interruptores y mencione ejemplos de sus usos. R= Actualmente hay gran variedad de interruptores clasificados por propósito, diseño, tecnología, Etc. Los hay desde los que apagan y prenden una bombilla (Actuantes), hasta los que cumplen la función de interrumpir la corriente en caso de presentar un cortocircuito o sobrecarga de corriente eléctrica. (Termomagnético) ¿Qué es un interruptor diferencial? Describa su funcionamiento. R= interruptor diferencial o disyuntor se caracteriza por interrumpir la corriente eléctrica cuando las personas se encuentran en peligro; de las descargas eléctricas. Funciona en conjunto con las tomas de tierra de todos los elementos de instalación. Compara la intensidad que entra en los circuitos, con la que sale. Si todo está correcto, estas deberían ser iguales y el interruptor permanece cerrado, permitiendo el paso de la electricidad. Si, por ejemplo, entráramos en contacto con alguna parte de la instalación y sufriéramos una descarga, la intensidad de salida sería menor, activando el interruptor que cortaría la corriente. Diga porque es importante realizar los cálculos de coordinación de protecciones cuando se realizan diseños de instalaciones eléctricas. R= Buscar la menor afectación del sistema eléctrico, cuidar la integridad de personas y equipos. Investigue cual es la frecuencia de prueba para los interruptores diferenciales en estado activo. R= Los interruptores diferenciales se caracterizan por poseer una alta sensibilidad, detectan diferencias de corriente de orden de los mA y una rápida operación. Se adjunta imagen Figura 4. Curvas de Diferenciales
MATERIALES:
● Fuente de alimentación monográfica 120/240 V. ● Cables de conexión. ● Voltímetro ● Amperímetro ● Bombilla ● Resistores CONCLUSIONES: En los elementos de protección como los interruptores, conductores eléctricos; según las cargas conectadas se deben realizar cambios para las corrientes actuales que puedan soportar corrientes de cortocircuito y sobrecarga, determinar además la longitud, la resistencia del cable conductor y uno de los factores más importantes la caída de tensión. Se verifican a través de software de simulación los comportamientos de los circuitos conectados en serie, en paralelo y mixtos en términos de sus voltajes y corrientes. El tipo de conexión a elegir a la hora de diseñar un circuito es de suma importancia, ya que cada uno de los tipos de conexión modifica fuertemente el comportamiento de los elementos del circuito. Por lo tanto, se debe tener muy en cuenta la aplicación que se le dará a este, y los valores de operación que permiten dichos elementos. Errores entre los valores esperados teóricamente y los calculados en la simulación se deben en su mayoría a errores de truncamiento presentes en los métodos numéricos que aplica el simulador, por lo que no se obtienen datos exactamente iguales. BIBLIOGRAFÍA: [1] CARLSON, A. B. Circuitos. ingeniería, conceptos y análisis de circuitos eléctricos lineales. [s. l.]: International Thomson, 1995. ISBN 9706860339. [2] Guías Técnicas de Prevención de NTP. Guía Técnica para Evaluación del Riesgo Eléctrico. Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo. Madrid. [3] ROBBINS, A. H.; MILLER, W. C. Análisis de circuitos: teoría y práctica. 4.ed. [s.l.]: Cengage Learning, 2008. ISBN 9706868283 [4] H.V. Stephandes y otros, “Modern Methods for the Reduction of the Operating Energy for SF Circuit Breakers”. CIGRE 13-12 1993. [5] Interpretation of Circuit Breaker Operating Coil Signatures
