Universidad Tecnológica de Panamá
Facultad de Ingeniería Industrial
Ingeniería Industrial
Materia:
Laboratorio de Sistemas Eléctricos A
Lab. 2.3 Exp 15
Tema:
El Vatímetro
Nombre:
Mauricio Ferreira
Cédula:
E-8-182954
Grupo:
1II121
Fecha de entrega:
Martes, 9 de noviembre del 2021, 10:20 am a 11:55 am
Introducción
El vatímetro es un instrumento capaz de medir la potencia promedio consumida
en un circuito Según la definición de potencia, un vatímetro debe ser un
instrumento que realice el producto de dos señales eléctricas, ya que P= V*I.
Hay varios tipos de circuitos multiplicadores, pero el más utilizado para
implementar los vatímetros es el electro-dinamométrico, cuyo principio de
funcionamiento se presenta en el siguiente punto.
Los vatímetros están compuestos por una bobina móvil (la bobina voltimétrica) y
dos bobinas fijas (las bobinas amperométricas). La bobina voltimétrica está
conectada al circuito eléctrico en paralelo, mientras que las bobinas
amperométricas tienen una conexión en serie.
Cuando la corriente eléctrica circula por las bobinas amperométricas, se produce
un campo electromagnético que tiene una potencia proporcional a la corriente.
La bobina voltimétrica, por su parte, dispone de una resistencia que permite
minimizar la corriente que circula a través de ella. A través de una aguja situada
en la bobina voltimétrica, el vatímetro señala cuál es la potencia del circuito.
Objetivos
1.
Aprender a usar el vatímetro
2.
Familiarizarse con los conceptos de potencial real y aparente en el
circuito de c-a.
Conclusión
Luego de analizar la constitución y el funcionamiento del vatímetro, podemos
decir que, gracias a este instrumento capaz de combinar un voltímetro con un
amperímetro, es posible obtener una lectura rápida de la potencia de la energía
eléctrica presente en un circuito. De no existir este tendríamos que conectar un
voltímetro y un amperímetro al circuito para luego a través de la ecuación P = V
* I. determinar el valor de dicha potencia.
Bibliografía
Experimentos con equipos eléctricos Wildi y de Vito.
Anexo #1 INDICAR CALCULOS, FORMULAS ORIGINALES,DERIVADAS,
DIAGRAMAS Y RESPUESTAS
Resistencia
Inductancia
Capacitancia
XL=2∏ fL=Ω L= Henrios.
L= henrios.
F= 60 Hz
C= mega faradios.
X=xl-xc
Z=√(R2+(x2-x1)2)
Z=√(R2+(x)2)
Potencia
S=√(P2+Q2)
©=fp=0.9
2. Use los módulos EMS de resistencia, Vatímetro, Medición de CA y fuente de
alimentación, para conectar el circuito que se ilustra en la figura 15-2. Ajuste la
resistencia de carga a 57 ohms (todos los interruptores deben estar cerrados y
todas las secciones en paralelo).
3.
conecte la fuente de alimentación de alimentación y ajústela a 120 vc-a,
valor que indicara el voltímetro de c-a conectado a través de RL. Mida y anote la
corriente carga IL.
Medidos
Calculados
IL=1.97 A c-a
E=I*Z
b) mida y anote la potencia de
I=V/Z
entrada, de acuerdo con la lectura del I=120 V/57 Ω
vatímetro.
I=2.1A
P entrada = 230 W
Potencia E*I
c) calcule la potencia de entrada
P=E*I
utilizando la ecuación P= ei
P=120 V* 2.1 A
P entrada= 227.7 E
P=252 W
*Nota: el voltaje nos dio 115.6 V y la RL 58.5Ω en los medidos.
d) Sin tener en cuenta la precisión del medidor, diga si la potencia (b) equivale a
la potencia (c) en una carga resistiva.
R: Si debe concordar ya que la potencia es equivalente a la formula E*I, además
son valores los cuales son medidos y deben tener o guardar relación.
4. Conecte el circuito de la figura 15.3. Observe que este circuito es idéntico al
que se usó en los Procedimientos 2 y 3, excepto que ahora las terminales de
entrada y salida del vatímetro se han intercambiado.
5. Ajuste la resistencia de carga a 57 ohms. Conecte la fuente de energía y
ajústela a 120V. C-a, tomando la lectura en el voltímetro c-a conectado a través
de RL.
Observación: La lectura en el vatímetro sale hacia la izquierda, debido a que las
polaridades están invertidas, ósea es un corto circuito, pero el instrumento
trabaja de esta forma como modo de protección.
6. a) Conecte de nuevo el circuito como se indica en la figura 15.2.
b) Repita los procedimientos 2 y 3, pero en esta ocasión tome las mediciones
a intervalos de 40 V. Anote sus mediciones en la tabla 15.1
•
Observación: en la tabla 15.1 de los valores medidos, el máximo voltaje
que llega en el equipo fue de 115.5 y por eso no se utilizo el de 120.
Tabla 15.1 (Medidos)
E=
I=
W=
𝐸×
𝐼=
0V
0A
0
0
40 V
0.68
A
29
27.2
80 V
1.39 A
111
111.2
Tabla 15.1 (Calculados)
115.5 V
1.97 A
230
227.7
E=
0 40 V
V
I=
0 0.7
W 0 28.0
=
7
𝐸 × 0 28
𝐼=
R= 57 Ω
Cálculos
Cálculos
𝑬×𝑰 a 0V
𝐸×𝐼 = 0×0
𝐸×𝐼 = 0
I a 0V
𝑉
𝐼=
𝑅
0
𝐼=
57
𝐼=0
W a 0V
𝑊 = 𝐼2 × 𝑅
𝑊 = (0)2 × 57
𝑊=0
𝐸×𝐼 a 0V
𝐸×𝐼 = 0×0
𝐸×𝐼 = 0
𝑬 × 𝑰 a 45 V
𝐸 × 𝐼 = 40 × 0.68
𝐸 × 𝐼 = 27.2𝑊
𝑬 × 𝑰 a 80 V
𝐸 × 𝐼 = 80 × 1.39
𝐸 × 𝐼 = 111.2 𝑊
𝑬 × 𝑰 a 115.5 V
𝐸 × 𝐼 = 115.5 × 1.97
𝐸 × 𝐼 = 227.535𝑊
I a 40 V
𝑉
𝐼=
𝑅
40
𝐼=
57
𝐼 = 0.7 A
W a 40 V
𝑊 = 𝐼2 × 𝑅
𝑊 = (0.7)2 × 57
𝑊 = 28.07 W
𝐸 × 𝐼 a 40 V
𝐸 × 𝐼 = 40 × 0.7
80 V
120 V
1.4
112.2
8
112
2.1
252.6
3
252
𝐸 × 𝐼 = 28 𝑊
7. ¿Por lo general, concuerdan los valores medidos de la potencia W y los
productos de ExI?
R: Si, deben concordar porque al fin y al cabo guardan relación sus fórmulas, y
es un circuito en el cual se puede calcular la potencia y debe dar un aproximado,
de tal caso que no concuerden indica que hay una mala conexión.
8. a) Examine la estructura del Módulo EMS 8331 de Capacitancia. Notará que
es similar al módulo de resistencia, ya que también contiene nueve capacitores
dispuestos en tres secciones idénticas. (El Módulo de Capacitancia EMS 8331
se explicará más detalladamente en otro experimento de laboratorio.)
b) Conecte el circuito que aparece en la figura 15-4. Conecte cada una de las
tres secciones de capacitores en paralelo y cierre (ponga en la posición “arriba”)
todos los interruptores. Esto proporcionará la máxima capacitancia disponible en
el módulo. Observe que este circuito es idéntico al de la Figura 15.2, excepto
que en este caso la carga de resistencia se reemplazó con una de capacitancia.
9. conecte la fuente de energía y ajústela a 120 v c-a, tomando la lectura en el
voltímetro de c-a conectado a través de la carga de capacitancia. Mida y anote
la corriente de carga IL.
Medidos
Calculados.
IL=1.95 c-a
P entrada=0 W.
V=I*Z
I=V/Z
I=120V|0°/57|-90°Ω
ExI=(119.1V)(2.10)= 250.11 VA
I=2.10|90 A
POTENCIA APARENTE
S=VxI*
S=120 V X 2.10|-90°
S=252|-90° VA
S=0-J252
P=252*cos(90°)
P=0W
Donde 0 W es la potencia real.
*nota: el voltaje nos dio 119.1 V.
10. a) Examine la estructura del Módulo de Inductancia EMS 8321. Observe que
es similar a los módulos de resistencia y capacitancia, en el sentido de que
contiene nueve inductores dispuestos en tres secciones idénticas. (El módulo de
Inductancia EMS 8321 se explicará con mayor detalle en un experimento de
laboratorio posterior.)
b) Conecte el circuito ilustrado en la Figura 15-5. Conecte cada una de las
tres secciones de inductores en paralelo y cierre (ponga en la posición de
“arriba”) todos los interruptores. Esto proporcionará la mínima inductancia
posible en el módulo. Notará que el circuito es idéntico al de la Figura 15-2,
excepto que la carga de resistencia se ha sustituido con una carga de
inductancia.
11. Conecte la fuente de energía y ajústela a 120 V c-a, guiándose por las
lecturas que de el voltímetro de c-a conectado a través de la carga de
inductancia. Mida y escriba la corriente de carga IL.
Medidos
Calculados.
V=I*Z
I=V/Z
I=120V|0°/57|90°Ω
I=2.10|-90 A
POTENCIA APARENTE
S=VxI*
S=120 V X 2.10|90°
S=252|90° VA
S=0+J252
P=252*cos(90°)
P=0W
Donde 0 W es la potencia real.
*nota: el voltaje nos dio 119.1 V.
12. Repita el Procedimiento 9 utilizando los módulos de resistencia y
capacitancia conectados en paralelo, como se indica en la Figura 15-6. Conecte
todas las secciones en paralelo y cierre todos los interruptores.
Valores medidos
Valores calculados.
En paralelo
Zeq= (57Ω)*(-57j)/57-j57
Zeq= (57|0°)*(57|90°)/80.6|-45°
Zeq=40.31|-45°Ω
Zeq= 28.5Ω-j28.5Ω
V=120 v
V=I*Z
I=v/z
I=120 V/40.31|-45°
I=2.97|45°
S=VxI*
S= 120 V x 2.97|-45°
S=356.4|-45°
P=I2*Z
P=(2.97A)2*(28.5Ω)
P=251.40 W
•
Observación: en esta pregunta no están escritos los cálculos y valores
realizados por falta de tiempo en el laboratorio, en clase se dijo que se terminaría
unos minutos antes de iniciar el laboratorio siguiente.
I= _________________A
P real=_____________W
P aparente = ___________VA
Anexo #2 PRUEBA DE CONOCIMEINTO
1. ¿Se requiere de un vatímetro para medir la potencia real proporcionada
a una carga resistiva?
R/. Si, en los circuitos de corriente alterna no se puede usar la fórmula V*I para
determinar la potencia en watts. Por esto es que damos uso al vatímetro.
2. La potencia aparente es mayor que la real, cuando el circuito contiene
uno de los dos tipos especiales de carga. ¿Cómo se denominan estas
cargas?
R/. Se denominan como:
-Carga activa (capacidad de una instalación eléctrica para transformar la
energía eléctrica en trabajo útil).
-Carga reactiva (necesaria para crear campos magnéticos y eléctricos en
bobinas y condensadores).
3. ¿En qué unidades expresaría? A) la potencia aparente? B) La potencia
real
R/. A) VA, KVA
B) W, KW
4. La relación de (Potencia real/Potencia aparente) se denomina factor de
potencia (FP) de un circuito de c-a. Calcule el factor de potencia para los
procedimientos 3, 9, 11, 12.
R/.
FP=(P real)/(P aparente)
FP=P/S = 0.9975
FP=P/S = 0/252=0
FP=P/S = 0/252=0
5. Dé el nombre de dos aparatos domésticos que tengan un alto factor de
potencia (cercano a la unidad).
R/. 1. Lavadora
2. Microondas
6. ¿Cuáles son los aparatos domésticos que tienen un factor de potencia bajo?
R/. -
Abanico
Televisor
Batidora
7. ¿En qué condiciones indicará un vatímetro una potencia negativa
(inferior a cero)?
R/. Con los elementos inductivos y capacitivos ideales sin resistencias.