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Guía para prácticas en laboratorios de la EIEE
Facultad de Ingenierías – Universidad del Valle
Fecha de emisión : 2024 - 03 - 11 Versión: 01 Página: 1 de 9
1. INFORMACIÓN DE LA ASIGNATURA 1.1. Programa académico: Ingeniería Electrónica. 1.2. Asignatura: Circuitos Eléctricos II. 1.3. Código: 710043 C. 1.4. Número de créditos: 3. 1.5. Semestre o periodo académico: Febrero/202 5 - Junio/202 5. 1.6. Número de la guía: 1. 1.7. Título de la práctica de laboratorio: Potencia y Corrección del Factor de Potencia en Sistemas Monofásicos. 1.8. Profesor(a): Víctor Hugo Sánchez Barón. 1.9. Monitor(a) o personal de apoyo : Alejandro Muñoz Gutiérrez. 1.10. Otro Personal : ninguno. 2. OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA DE LABORATORIO 2.1. Objetivo general: Implementar diferentes técnicas para la medición de potencia monofásica y mejorar el factor de potencia en un circuito con carga predominantemente inductiva. 2.2. Objetivos específicos: 2.2.1. Aprender a medir la variable potencia en un circuito eléctrico utilizando mediciones directas e indirectas. 2.2.2. Mejorar el factor de potencia de un circuito eléctrico mediante el uso de capacitores. 2.3. Competencias a desarrollar: 2.3.1. Identificar, modelizar, formular y resolver problemas de la ingeniería electrónica aplicando las matemáticas, la física, las herramientas de computación y los fundamentos teóricos propios de su disciplina. 2.4. Resultados de aprendizaje: 2.4.1. Aplica los conceptos de potencia eléctrica para el análisis de sistemas eléctricos monofásicos en corriente alterna.
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3. INFORMACIÓN DE LA PRÁCTICA DE LABORATORIO 3.1. Marco teórico: Dado que en la actualidad los costos energéticos son elevados y crecientes, muchas instalaciones (principalmente del tipo industrial) intentan reducir su consumo energético para minimizar parte de sus costos fijos. El problema radica en que, para las empresas, no es usual analizar su consumo mensual de energía y mucho menos relacionarlo con los componentes que tienen en funcionamiento. Hasta que no se comprende el uso que se hace de la energía, es complicado tomar decisiones adecuadas en pro de reducir el consumo. Es por ello importante conocer la manera en la que se puede cuantificar la energía y los instrumentos necesarios para hacerlo. En la medición de energía intervienen dos componentes primarios: La potencia activa (P) expresada en Watts y la potencia aparente (S) expresada en VoltsAmperes. La primera de ellas mide el trabajo útil (conversión de energía eléctrica en trabajo) que al relacionarlo para un determinado tiempo nos indica la cantidad de energía que un equipo entrega o absorbe. La otra componente considera los requerimientos totales que un equipo demanda de la fuente para que se suministre la tensión y corriente, independiente de la eficiencia de dichos equipos y de si estos realizan o no, un trabajo útil. 𝑃 = 𝑉 ∙ 𝐼 ∙ 𝑐𝑜𝑠 𝜃 𝑆 = 𝑉 ∙ 𝐼 Para la determinación de la potencia aparente en un circuito monofásico, basta con tener a la mano un Vóltmetro (voltímetro) y un Ampérmetro (amperímetro) para medir tensión y corriente respectivamente. Al multiplicar estas dos magnitudes se obtiene dicha potencia. Para cuantificar la potencia activa, se hace uso de un Wáttmetro (vatímetro). Con el cociente de las mediciones de potencia activa y aparente se determina el factor de potencia (cos θ). Este concepto sirve como referente a las compañías electrificadoras para hacer efectivo o no, un cobro por penalización. 𝑃 𝑆
Finalmente, la potencia reactiva (Q) es aquella que no genera ningún tipo de trabajo pero que es necesaria para la producción de los campos magnéticos necesarios en el funcionamiento de las máquinas eléctricas. Su determinación parte de la raíz cuadrada de la diferencia entre la potencia aparente al cuadrado y la potencia activa al cuadrado. Al ser relación de dichas magnitudes, contribuye a mejorar el factor de potencia. De aquí que la instalación de capacitores en paralelo
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Fecha de emisión : 2024 - 03 - 11 Versión: 01 Página: 4 de 9 3.3. Precauciones y recomendaciones para el uso de recursos: 3.3.1. Las establecidas en el laboratorio. 3.3.2. Las establecidas en los manuales de los equipos. 3.4. Procedimiento, método o actividades: 3.4.1. Determinación de la potencia monofásica consumida en el circuito eléctrico: Calcule el valor de las corrientes I1 e I2 de los circuitos mostrados en la Figura 1 a) y b). De igual manera, calcule las caídas de tensión en cada uno de los elementos pasivos R1, R2, L1 y C1. Finalmente, determine la potencia activa, reactiva y aparente asociadas a cada uno de los elementos y el factor de potencia de cada uno de estos circuitos eléctricos. Los valores de resistencias, inductancia, capacitancia y de la fuente de tensión se indican en la Tabla 3. Figura 1. Circuito eléctrico para la medición de potencia monofásica. a) Circuito RC b) Circuito RL Tabla 3. Valores para emplear en el circuito de la Figura 1. Parámetro Valor V1 90 V R1 25 Ω R2 25 Ω L1 72,3 mH
Módulo de cargas de capacitancias
IGT / MCI - 1400
Entre 40V - 70V y 5A Máximo por salida. Azules 1 Módulo de cargas de resistencias
IGT / MCI - 1400
70 V y 5A Máximo por salida. Amarillas Equipos de medida Cantidad Nombre del elemento Marca / Modelo Especificaciones 1 Multímetro digital Fluke / 117 Ver manual 1 Pinza multimétrica AEMC 514 Ver manual 1 Analizador de redes
CIRCUTOR / CVM
NRG 96
Ver manual Otros Cantidad Nombre del elemento Marca / Modelo Especificaciones 10 Conductores - Diferentes tamaños
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Fecha de emisión : 2024 - 03 - 11 Versión: 01 Página: 5 de 9 C1 125 uF 3.4.2. Corrección del factor de potencia: Tomando como base los resultados obtenidos del circuito de la Figura 1b, demuestre que mediante la conexión del capacitor en paralelo mostrado en la Figura 2 , el factor de potencia del circuito aumenta a un valor superior a 0,9. De igual manera, determine la potencia activa, reactiva y aparente del circuito eléctrico. Figura 2. Circuito eléctrico para el mejoramiento del factor de potencia. Tabla 4. Valores para emplear en el circuito de la Figura 2. Parámetro Valor V1 90 V R1 25 Ω L1 72,3 mH C1 25 uF 3.4.3. Preguntas
- ¿Corresponden los resultados experimentales con los cálculos y simulaciones previas?, si, no. Explique el ¿por qué?
- Indique con palabras, ¿qué se requiere para la determinación indirecta de la potencia consumida por los circuitos?
- ¿Cuál es la función del capacitor conectado en paralelo con la carga en la Figura 2? ¿Qué efectos produce en el circuito? Según los resultados, ¿qué utilidad le encuentra a este tipo de aplicación?
- ¿Qué ocurriría en el circuito de la Figura 2 si se conecta un capacitor de 125 uF en lugar de uno de 25 uF? ¿Qué efectos puede traer en el circuito dicho cambio?
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Fecha de emisión : 2024 - 03 - 11 Versión: 01 Página: 7 de 9 Tabla 9. Resultados medidos para el circuito de la Figura 2. Parámetro Experimental Teórica I1 A A IC VR1 V V VL1 V V VC1 V V fp P W W Q var var S VA VA 3.4.5. Pasos a seguir para el desarrollo de la práctica:
- Identificar todos los materiales y equipos a emplear.
- Identificar y medir con el multímetro el valor de la resistencia en el módulo de resistencias IGT_MCI-1400. Hacer lo mismo con el inductor y los capacitores a emplear.
- Encender la fuente de alimentación y verificar con el multímetro el valor en su salida.
- Ajustar la fuente de tensión en el mínimo valor y apagar la misma.
- Realizar la conexión de cada uno de los circuitos incluyendo en el montaje los equipos de medida a emplear.
- Verificar el montaje antes de energizar el circuito (solicitar la revisión de su compañero de grupo y la ayuda del profesor a cargo).
- Encender de nuevo la fuente de tensión e incrementar su valor de salida, hasta alcanzar la magnitud requerida para la práctica.
- Realizar las medidas pertinentes y consignar los resultados en las tablas de la práctica.
- Contrastar los resultados experimentales con los teóricos. 4. INFORMACIÓN DE LA EJECUCIÓN DE LA PRÁCTICA DE LABORATORIO 4.1. Duración de la práctica de laboratorio: 2 horas de trabajo directo. 4.2. Reporte de los resultados esperados: 4.2.1. Realice el análisis teórico de los circuitos de las Figuras 1 y 2 (sección 3.4.1 y 3.4.2). 4.2.2. Consigne el valor real de cada uno de los componentes empleados en los circuitos de las Figuras 1 y 2. 4.2.3. Consigne los valores de las mediciones obtenidas en el procedimiento de la sección 3.4.1 y 3.4.2, analice y compare los resultados con los obtenidos por medio del análisis teórico y los valores obtenidos por medio de simulación.
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Fecha de emisión : 2024 - 03 - 11 Versión: 01 Página: 8 de 9 4.2.4. Responda a las preguntas planteadas en la sección del punto 3.4. 4.2.5. Informe en formato IEEE, introducción, datos obtenidos, análisis del funcionamiento de los circuitos, conclusiones, observaciones si las hay y referencias. 4.3. Conclusiones: Presentar conclusiones y recomendaciones respecto a los objetivos y resultados de la práctica de laboratorio. 4.4. Nota: No se permitirá el ingreso a aquellos grupos de estudiantes que no realicen el análisis teórico previo a la sesión de la práctica de laboratorio.
5. CRITERIOS DE EVALUACIÓN Criterio de evaluación Porcentaje de evaluación Práctica Asistencia (10%) Preparación de la práctica (10%) Presentación funcional de los circuitos (10%) Entrega de las mediciones y cálculos (10%)
Informe Simulaciones (10%) Análisis de resultados (25%) Conclusiones (20%) Formato (5%)
Para la evaluación de los ítems de la práctica, presentar al finalizar la sesión de laboratorio, las mediciones experimentales y cálculos teóricos de las tablas del punto 3.4.4 (Datos experimentales).
