INSTITUTO NACIONAL TECNOLOGICO DIRECCION GENERAL DE FORMACION PROFESIONAL DEPARTAMENTO DE CURRICULUM MANUAL PARA EL PARTICIPANTE MEDICIONES ELECTRICAS

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1 INSTITUTO NACIONAL TECNOLOGICO DIRECCION GENERAL DE FORMACION PROFESIONAL DEPARTAMENTO DE CURRICULUM MANUAL PARA EL PARTICIPANTE MEDICIONES ELECTRICAS ESPECIALIDAD: MODO DE FORMACION : Electricidad Aprendizaje AGOSTO 2008

2 INSTITUTO NACIONAL TECNOLÓGICO (INATEC) DIRECCION GENERAL DE FORMACION PROFESIONAL DEPARTAMENTO DE CURRÍCULUM Unidad de Competencia: Electricista Residencial Elementos de Competencias: Utiliza instrumentos de medición Agosto 2008

3 INDICE INTRODUCCIÓN... 1 OBJETIVO GENERAL... 1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS... 1 RECOMENDACIONES GENERALES... 2 UNIDAD I. INSTRUMENTOS DE MEDIDA Introducción a los instrumentos de medida Clasificación de los instrumentos de medición Principio de funcionamiento Corriente a utilizar Magnitudes a medir Tipo de indicación Escalas Uniformes Cuadráticas Ensanchadas Logarítmicas Partes de una escala Simbología utilizada en los aparatos de medidas eléctricas Interpretación de las indicaciones inscritas en los aparatos de medidas Tipos de corriente a medir La corriente continua Corriente Alterna (C.A.) Cualidades de los aparatos de medida Tipos de multímetros Multímetro analógico Multímetro digital Partes de un multimetro digital EJERCICIOS DE AUTO EVALUACIÓN UNIDAD II. TIPOS DE INSTRUMENTOS Multimetro El multimetro como voltímetro Medición Conexión El multímetro como Amperímetro Medición de corriente Conexión Amperímetro de gancho ó pinza amperimétrica Ventajas de uso Estructura Modo de uso El multimetro como Ohmetro Concepto... 22

4 4.2- Medición Wattimetro Introducción Tipos de potencia en corriente alterna Medida de potencias activas Medida de potencias reactivas Cosímetro Introducción Conexión de un cosimetro monofasico Medida de factor de potencia por el método indirecto Contador de energía eléctrica Potencia eléctrica Conexión Tacómetro Fasímetro Cocepto y conexión megger Concepto Medición de grado de aislamiento Medidor de Resistencia a tierra (Megometro) Introducción Medida con el Megometro Errores de Medición Error sistemático Accidentales GLOSARIO BIBLIOGRAFIA... 43

5 INTRODUCCIÓN El manual del participante Mediciones Eléctricas pretende que los(as) participantes adquieran las destrezas y habilidades necesarias para realizar mediciones a parámetros eléctricas (Voltaje, Resistencia, Corriente, Potencia, factor de potencia etc.). El manual contempla dos unidades modulares, presentadas en orden lógico que significa que inicia con los elementos más sencillos hasta llegar a los más complejos. El manual del participante esta basado en sus módulos y normas técnicas respectivas y corresponde a la unidad de competencia Electricista Residencial de la especialidad de técnico en electricidad. Se recomienda realizar las actividades y los ejercicios de auto evaluación para alcanzar el dominio de la competencia: Mediciones Eléctricas, para lograr los objetivos planteados, es necesario que los(as) participantes tengan en cuenta normas establecidas por el CIEN, para proceder a realizar cualquier tipo de Medición eléctrica así como el uso adecuado de las herramientas. Se espera que este manual sea de utilidad en tu formación técnica, es recomendable que se realicen los ejercicios de auto evaluación que aparecen al final de cada unidad modular. OBJETIVO GENERAL Medir las diferentes magnitudes eléctricas en circuitos de corriente alterna y continúa con diversos instrumentos de medición aplicando normas técnicas. aplicando normas técnicas. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Identificar correctamente estructura de los aparatos de medición, según equipo de medición. Diferenciar adecuadamente tipos de escalas en los equipos de medición, sin margen de error. Identificar correctamente los tipos de corriente a medir, según fuente de energía. Clasificar eficientemente los instrumentos de medida según su funcionamiento. 1

6 RECOMENDACIONES GENERALES Para iniciar el estudio del manual, debe estar claro que siempre su dedicación y esfuerzo le permitirá adquirir la Unidad de competencia a la cual responde el Módulo Formativo de Mediciones Eléctricas. Al iniciar el estudio de los temas que contiene el manual debe estar claro que su dedicación y esfuerzo le permitirá adquirir la competencia a la cual responde el Módulo formativo. Al comenzar un tema debe leer detenidamente los objetivos y recomendaciones generales. Trate de comprender las ideas y analícelas detenidamente para comprender objetivamente los ejercicios de auto evaluación. Consulte siempre a su docente, cuando necesite alguna aclaración. Amplíe sus conocimientos con la bibliografía indicada u otros textos que estén a su alcance. A medida que avance en el estudio de los temas, vaya recopilando sus inquietudes o dudas sobre éstos, para solicitar aclaración durante las sesiones de clase. Resuelva responsablemente los ejercicios de auto evaluación. 2

7 UNIDAD I. INSTRUMENTOS DE MEDIDA 1- Introducción a los instrumentos de medida. Son la base para apreciar el trabajo de los dispositivos electrotécnicos, ya que los órganos del sentido del hombre no pueden observar directamente las magnitudes eléctricas, o sea, la corriente, tensión, resistencia, potencia, etc. A ello se debe la excepcional importancia de las mediciones en electricidad. Ya sea en el diseño, instalación, operación y reparación de equipos eléctricos ò electrónicos, se debe conocer la forma en que se miden las diversas magnitudes eléctricas. Para comprender mejor la utilización de estos equipos de medición iniciaremos con algunos conceptos que nos permiten entender el funcionamiento de estos instrumentos eléctricos de medición. 2- Clasificación de los instrumentos de medición 2.1- Principio de funcionamiento Se dividen en electromagnéticos, magneto térmica, de inducción, electrodinámico y electroestático. 2.2-Corriente a utilizar Pueden ser de corriente alterna AC ò corriente continua o directa ( CC o CD) 2.3- Magnitudes a medir Puede ser Voltaje, Amperios, Ohmios, etc Tipo de indicación Pueden ser aparatos indicadores como: agujas, luminosos, sonoros, numérico, etc. Ejemplo: Los analógicos corresponden a la indicación por movimiento de una aguja, Los Digitales corresponden a la indicación numérica se visualiza por medio de una pantalla cristal liquida. 3- Escalas Es la zona graduada de la pantalla del aparato de medida. Sobre ésta se desplaza el índice para indicarnos el valor de la medida. Debido a la constitución interna del aparato, obtenemos distintas distribuciones en las divisiones de la escala (Figura1 a,b,c,d), tal y como se puede ver a continuación Uniformes: todas las divisiones son iguales a lo largo de la escala. Figura1 a 3

8 3.2- Cuadráticas: las divisiones se ensanchan sobre el final de la escala. Figura1 b 3.3- Ensanchadas: las divisiones son distintas al principio y al final de la escala. Figura1 c 3.4- Logarítmicas: las divisiones son menores al final de la escala Partes de una escala (Figura 2) Figura1 d Rango de medición: Indica la máxima capacidad del instrumento al cual esta destinado. División: Es la distancia entre un trazo numerado y el próximo a él. Intervalo: Es el espacio que existe entre un trazo cualquiera y su contiguo (puede ser izquierda ó derecha) Numeración: Es el valor del trazo indicado por el número correspondiente de una escala en un instrumento analógico por ejemplo: la numeración en la figura que se muestra a continuación va de 0 a 60. Ejemplo de las partes de la escala. Figura 2 Partes de una escala 4

9 4- Simbología utilizada en los aparatos de medidas eléctricas Los aparatos de medida pueden ser analógicos o digitales; los primeros presentan la medida mediante un índice o aguja que se desplaza sobre una escala graduada, y los segundos presentan el valor en una pantalla o display mediante números. Para representar esquemáticamente e interpretar las inscripciones de funcionamiento se recurre a la simbología normalizada que se muestra en la Tabla. 1 5

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13 Tabla. 1 Simbología 4.1- Interpretación de las indicaciones inscritas en los aparatos de medidas Los aparatos de medida llevan, en la parte inferior de la escala, unos símbolos que indican las características tanto constructivas como de funcionamiento de dicho aparato. En la (Figura 3) se han resaltado estas indicaciones de las que se aclaran su significado a continuación. Figura 3 Indicaciones inscritas 9

14 5-Tipos de corriente a medir 5.1- La corriente continua (CC en forma abreviada), es el resultado de el flujo de electrones (carga negativa) por un conductor (alambre de cobre casi siempre), que va del Terminal negativo al Terminal positivo de la batería (circula en una sola dirección), pasando por una carga. Un foco / bombillo en este caso. La corriente continua no cambia su magnitud ni su dirección con el tiempo. No es equivocación, la corriente eléctrica sale del Terminal negativo y termina en el positivo. Lo que sucede es, que es un flujo de electrones que tienen carga negativa. La cantidad de carga de electrón es muy pequeña. Una unidad de carga muy utilizada es el Coulomb (mucho más grande que la carga de un electrón). 1 Coulomb = la carga de electrones ó en notación científica: 6.28 x electrones Para ser consecuentes con la convención existente, se toma a la corriente como positiva y ésta circula desde el Terminal positivo al Terminal negativo. (Figura 4) Lo que sucede es que un electrón al avanzar por el conductor va dejando un espacio [hueco] positivo que a su vez es ocupado por otro electrón que deja otro espacio [hueco] y así sucesivamente, generando una serie de huecos que viajan en sentido opuesto al viaje de los electrones y que se puede entender como el sentido de la corriente positiva que se conoce Figura 4 sentido de la corriente 5.2- Corriente Alterna (C.A.) : La diferencia de la corriente alterna con la corriente continua, es que la continua circula sólo en un sentido. La corriente alterna (como su nombre lo indica) circula por durante un tiempo en un sentido y después en sentido opuesto, volviéndose a repetir el mismo proceso en forma constante. Este tipo de corriente es la que nos llega a nuestras casas y la usamos para alimentar la TV, el equipo de sonido, la lavadora, la refrigeradora, etc. En la (Figura 5) el siguiente gráfico se muestra la tensión (que es también alterna) y tenemos que la magnitud de ésta varía primero hacia arriba y luego hacia abajo 10

15 (de la misma forma en que se comporta la corriente) y nos da una forma de onda llamada: onda senoidal. Figura 5 Onda senoidal Uso industrial y laboratorio En el campo de las medidas eléctricas hay que distinguir dos tipos de medidas: medidas de tipo industrial y medidas de laboratorio. Medidas industriales: son aquellas que se realizan directamente sobre el montaje o instalación eléctrica. Para realizarlas se necesitan aparatos que sean prácticos, con la posibilidad de ser tanto fijos como portátiles. Medidas de laboratorio: son aquellas que se realizan en condiciones idóneas y distintas de las ambientales. Se utilizan para verificar el funcionamiento de los aparatos de medida o para el diseño de aparatos y circuitos; estos aparatos suelen tener una mayor precisión que los utilizados en la industria, motivo por el cual son más delicados y costosos. 6- Cualidades de los aparatos de medida Podemos decir que un aparato de medida será mejor o peor, atendiendo a las siguientes cualidades: a) Sensibilidad: se define como el cociente entre la desviación de la aguja indicadora medida en grados y la variación de la magnitud que se está midiendo. Esta cualidad es específica de los aparatos analógicos. b) Precisión: la precisión de un aparato de medida, está íntimamente relacionada con su calidad. Es más preciso un aparato cuanto más parecido sea el valor indicado a la medida real de dicha magnitud. c) Exactitud: es un concepto parecido al de precisión, pero no igual. Un aparato es más exacto cuanto más parecidos sean el valor medido y el valor real por extensión, un aparato exacto es, a su vez, preciso, pero un aparato preciso no tiene por qué ser exacto. d) Fidelidad: cuando al repetir varias veces la misma medida, el aparato da la misma indicación. e) Rapidez: un aparato es rápido cuando se estabiliza 11

16 En la práctica no es conveniente que el técnico lleve consigo un voltímetro, Un amperímetro y un Ohmetro para efectuar diferentes mediciones, por lo que actualmente, los tres instrumentos se combinan en uno solo, denominado multímetro. Estos instrumentos tienen en su estructura un selector de funciones y otros de rango. El selector de funciones: se utiliza para seleccionar con que tipo de corriente esta trabajando AC, CD u Ohmios. El selector de rangos de medición: Establece la escala de medición ya sea para medir corriente, voltaje ò resistencias. Para conocer con exactitud el funcionamiento de este instrumento de medida, vamos a describir algunos modelos en su empleo básico. El modelo típico tiene en su estructura los elementos básicos de un multímetro: selector de funciones, selector de rango, ajuste a cero y ohms 7- Tipos de multímetros De acuerdo al tipo de indicación; los Multímetros se clasifican en: 7.1- Multímetro analógico: (Figura 6) Son aquellos que indican el valor de la magnitud eléctrica medida mediante el desplazamiento de una aguja sobre una escala graduada como se muestra en la (Figura 7). Figura 6 Multimetros analógicos 12

17 En este equipo las escalas se identifican con DC y AC. Negro Corriente directa Rojo Corriente alterna Verde Ohmios Figura 7 Aguja indicadora de escalas 7.2- Multímetro digital: (Figura 8) Es un instrumento de medida que indica directamente en una pantalla o carátula el valor de la magnitud eléctrica medida. Figura 8 Multimetro digital 13

18 7.3- Partes de un multimetro digital (Figura 9 a, b) 1. Pantalla de cristal Líquido 2. Botón de encendido 3. Botón para congelar datos 4. Botón de selección manual de rangos de medición. 5. Botón de multifunciones. 6. Selector de funciones de medición 7. Terminal de las puntas de prueba. 8. Símbolo de funcionamiento continúo 9. Indicación digital del valor de la medición. 10. Indicadores de las operaciones MAX y MIN 11. Indicadores de la selección de funciones. 12. Indicadores de las unidades de medida 13. Indicadores de valores superiores. 14. Puntero de medición analógica. 15. Escala de medición analógica 16. Indicación de valores inferiores 17. Señal de aviso de la condición de la batería 18. Indicador de zumbador 19. Indicador de las unidades de Temperatura Figura 9a Partes del multimetro Figura 9b Partes de la pantalla 14

19 EJERCICIOS DE AUTO EVALUACIÓN Después del estudio de la unidad I, te sugiero que realices los siguientes ejercicios de autoevaluación, lo que permitirá fortalecer tus conocimientos. I. Responda las siguientes preguntas. a. Cómo se clasifican los equipos de medición? b. Mencione los tipos de escala? c. Identifica los símbolos de la Tabla siguiente?: d. Interprete las indicaciones inscritas a continuación? e. Que diferencia existe entre corriente alterna y corriente continua? f. Que diferencia existe entre medidas industriales y de laboratorio? g. Mencione los tipos de multímetros? 15

20 UNIDAD II. TIPOS DE INSTRUMENTOS 1- Multimetro 1.1-El multimetro como voltímetro. (Figura 10)Se simboliza con la letra V, y su unidad de medida es el voltio. Se utiliza para realizar mediciones de voltaje, su conexión en el circuito a medir debe ser en paralelo. Figura 10 Multimetro como voltimetro 1.2 Medición Para realizar una medición de voltaje es necesario seguir los siguientes pasos o instrucciones: 1. Identificar que tipo de tensión se va a medir, o sea, si es Tensión ò voltaje de Corriente Alterna(CA) o Corriente Directa(CD) Esto es importante ya que si se medirá tensión directa ò continua, es necesario conocer la terminal positiva y la negativa. 2. Si la medición se hará con un multimetro, es necesario ubicar el selector en la escala de voltaje AC/CD. Si el instrumento posee interruptor de AC/CD (Para algunos instrumentos digitales) seleccione el tipo de tensión a medir. Si el instrumento es un voltímetro sencillo solamente realice la conexión del instrumento, respetando las polaridades para el caso que se mida CD. 3. Seleccionar la mayor escala del instrumento, cuando no se conozca que nivel de tensión existe en el circuito (tensión a medir) 4. Conecte el Voltímetro en paralelo al circuito, al cual se la hará la medición. Recuerde respetar la posición indicada en el instrumento en caso que sea analógico. 5. Realice la toma de lectura. Si el instrumento es analógico, es necesario tener buena ubicación (estar de frente al instrumento), e identificar el valor de la escala (Rango AC/CD y su Factor de multiplicación), o sea si el rango es mayor que la escala se divide el primero entre el segundo. Por ejemplo: Si el rango es 500mA y las escalas son 0-16 y 0-50 tenemos 500/16= y 500/50= 10 Por lo general el factor siempre es un número entero, por lo tanto en este caso, será la escala de 0-50 con un factor de 10, este valor se multiplicará a la lectura de la escala. 6. Desconecte el instrumento de medición, cuando no se este utilizando. 16

21 1.3- Conexión La conexión de un circuito para medir la tensión ò el voltaje (Figura 11) es la siguiente: (la carga y el equipo deben estar en paralelo) no importando que tipo de equipo sea analógico ò digital, siempre se le realiza la misma conexión, Figura 11 Conexión Ejemplo 1. Se desea medir el voltaje a un Aire Acondicionado, utilizando un instrumento de medición analógico y la aguja indica una lectura entre 200 y 250 (volt) Encuentre el valor de voltaje medido por el instrumento de medición. Para medir el voltaje es necesario colocar el equipo de medición tal y como se muestra a continuación. (Figura 12) Figura 11 Medición de voltaje La escala en el equipo de medición es la siguiente. V i = = 50 = valor de cada intervalo C i = 2 espacios desplazados por la aguja después de la escala menor 17

22 sustituyendo valores Vm = Em + C i * V i Vm = (2 * 10) Vm = = 220volt 2- El multímetro como Amperímetro. Se simboliza con la letra A, y su unidad de medida es el Ampere. Se utiliza para realizar mediciones de Intensidad de corriente, (Figura 13) su conexión debe ser en serie con el circuito al cual se le hará la medición. Figura 13 El multimetro como Amperímetro 2.1- Medición de corriente Los pasos o recomendaciones que se deben de seguir para la medición de corriente son los siguientes: 1. Desconectar el circuito donde se hará la medición, de tal manera que no exista tensión eléctrica. 2. Asegúrese de seleccionar el amperímetro según el tipo de corriente a medir AC/CD. 3. Seleccione el amperímetro con el rango más adecuado para efectuar la medición. En caso de inseguridad ponga el selector al máximo a utilizar el instrumento con mayor rango. 4. Conectar el amperímetro al circuito. Recuerde respetar la polaridad en caso de CD+ 5. Conectar la tensón eléctrica al circuito, para realizar la medición. 6. Realizar la toma de lectura. Recuerde tener buena ubicación para instrumentos analógicos (algunos amperímetros de gancho traen un clip el cual retiene la lectura) 7. Retirar el amperímetro del circuito. En caso de que el instrumento no sea de gancho (Amperímetro convencional) recuerde desconectar la tensión 18

23 eléctrica al circuito, desconectar el instrumento y luego una la línea interrumpida o arme el circuito. 8. Si utiliza amperímetro de gancho no es necesario que se desconecte la tensión al circuito, solamente se debe de respetar su conexión como se muestra en la figura siguiente. 9. Si el equipo a utilizar es un multimetro, es necesario seleccionar la escala de medición de corriente (Amperios) y seguir los pasos del uno al siete Conexión Existen multimetros que limitan la corriente desde un rango indicado en él y la transfiere al equipo. La conexión debe estar en serie con el amperímetro y la carga a medir ya sea en AC(Figura 14) o C.C. (Figura 15) Figura 14 Figura 15 Para la conexión del Amperímetro es necesario interrumpir el circuito como lo muestran las figuras, en otras palabras se conectan en serie con la carga (Resistor, televisor, plancha, abanico, licuadora, etc.) dónde se hará la medición. También se puede realizar la medición utilizando un Amperímetro de gancho, el cual se mostrará en los próximos contenidos. Al igual que el voltímetro también existen dos tipos de amperímetros analógico y digital, también existen los amperímetros de gancho este tipo de amperímetro su uso es más factible ya que no necesita que se interrumpa el circuito su conexión es como se muestra en las próximas paginas Ejemplo 1. Se desea medir la corriente eléctrica a una Computadora con sus accesorios y la aguja del instrumento de medición indica una lectura entre 2 y 3 (Amp) Encuentre el valor de Corriente medida. Para medir la corriente es necesario colocar el equipo de medición tal y como se muestra a continuación. (Figura 16) 19

24 Figura 16 Conexión del equipo La escala en el equipo de medición es la siguiente. V i = 3 2 = _1_ = 0.2 valor de cada intervalo 5 5 C i = 3 espacios desplazados por la aguja después de la escala menor sustituyendo valores Vm = Em + C i * V i Vm = 2 + (3 * 0.2) Vm = = 2.6 Amp 3- Amperímetro de gancho ó pinza amperimétrica Ventajas de uso Como afirmamos en los incisos anteriores, todo electricista utiliza el amperímetro para averiguar que las barras de un panel estén balanceadas, o sea, averiguar por cual de las barras circula más o menos la misma intensidad, y para esto necesita interrumpir los circuitos de las barras e intercalar el multímetro; Pero te imaginas lo peligrosos que es interrumpir el circuito de un panel cuyas barras tienen una tensión entre 220 y 240 Voltios, en donde todos los aparatos eléctricos del domicilio estén energizado (encendidos), esta tarea se torna amenazante para nuestras vidas si no se toman las medidas de seguridad necesarias, cualquier descuido en la maniobra del instrumento y los puntos donde se debe conectar el mismo traería consecuencias lamentables. Figura 17 Amperímetros de gancho 20

25 Para evitar peligros de descargas eléctricas cuando se abren circuitos de las barras en un panel y poder medir intensidad, se utiliza el amperímetro de gancho (Figura 17) que no es más que un multímetro que además de tener terminales para medir tensiones y resistencias posee una pinza en forma de circulo para poder enganchar o abrazar la línea o conductor en el cual se desea saber la intensidad de corriente que circula por el. Con este instrumento ya no es necesario interrumpir un circuito energizado para saber la corriente que demanda una o todas las cargas conectadas en él Estructura Este modelo es conocido como amperímetro de gancho, esta destinado mas al campo industrial, donde en su mayoría se utiliza corriente alterna. Al igual que en un multímetro común, sus componentes son: (Figura 18) gatillo del gancho, fijador de aguja, tornillo de ajuste, Escala de ohmios, escala de voltaje, selector de escala. Figura 18 Estructura 3.3- Modo de uso Cuando se usa el amperímetro de gancho se debe el selector de rango y del modo de función en la posición adecuada antes de realizar la conexión o enganche. También no esta permitido que al momento de realizar una medición de corriente no se deben de tomar simultáneamente dos líneas como se ilustra en la figura 38a ya que esto puede ocasionar daños en el aparto, o bien obtener una toma de medida errónea o incorrecta. Por lo cual la conexión correcta es como lo muestra la figura Para la medición de corriente alterna el gancho debe contener solamente un conductor a la vez, en caso contrario no podrá realizar la medición. Para la medición de corriente se conecta como se muestra en la (Figura19). 21

26 Figura 19 Conexión de un Amperímetro de Gancho 4- El multimetro como Ohmetro Concepto Su unidad de medida es el Ohmios ( ). (Figura 20) Se utiliza para realizar mediciones de Resistencia, su conexión debe ser en paralelo con el circuito al cual se le hará la medición. Figura 20 Multimetro como Ohmetro 4.2- Medición Los pasos o recomendaciones que se deben de seguir para la medición de ohmios son los siguientes: 1. En la conexión del Ohmetro, no debe existir ningún tipo de voltaje ya que causaría la destrucción del equipo, el elemento resistivo a medir debe encontrarse aislado del circuito, desconectando una de sus terminales ò sacar la Terminal por completo. 2. La conexión de las terminales se efectúa en los extremos del elemento a medir; Cuando la resistencia a medir es R = 0, la desviación de la aguja será máxima y su resistencia R = ò sea infinito la desviación será cero, por tanto las escalas van de la mayor amplitud a cero. 3. La calibración de este instrumento se logra por medio del tornillo de ajuste. 4. Al utilizar este instrumento se tiene que revisar el buen estado de la batería. 22

27 A continuación (Figura 21) se muestra la conexión para la medición indirecta e indirecta del Ohmetro, para medir resistencia a un circuito eléctrico. Figura 21 Medición indirecta Se realiza una medición indirecta (Figura 22) cuando se mide voltaje y corriente y luego se obtiene el valor de la resistencia utilizando la ecuación de la ley de ohm. La cual se estudio en la primera unidad de parámetros eléctricos. Figura 22 Medición directa Se realiza una medición directa cuando se mide directamente con el equipo al elemento que deseamos saber, en este caso es el resistor Ejemplo. Se desea medir la Resistencia a una Cocina eléctrica utilizando un instrumento de medición y la aguja indica una lectura entre 100 y 200 (Ohmios) Encuentre el valor de Resistencia, medida por el equipo de medición. Para medir Resistencia es necesario colocar el equipo de medición (Figura 23). Figura 23 Medición de resistencia La escala en el equipo de medición es la siguiente. 23

28 V i = = 100 = valor de cada intervalo C i = 4 espacios desplazados por la aguja después de la escala menor sustituyendo valores Vm = Em + C i * V i Vm = (4 * 20) Vm = = Wattimetro 5.1-Introducción En corriente continua, los receptores se comportan como resistencias óhmicas puras, mientras que en corriente alterna es necesario tener en cuenta otras propiedades además de la resistencia, como son inductancias y capacitancias. La potencia dada por un receptor en corriente continua se determina fácilmente aplicando la expresión P = UI, con lo que se obtiene su valor en vatios. En los circuitos de corriente alterna, los receptores están formados por resistencias, bobinas y condensadores. Cada tipo de receptor provoca que la resolución de los circuitos se haga de forma vectorial y no aritmética, ya que las bobinas y los condensadores provocan un desfase entre la tensión y la intensidad del circuito. Esto no ocurre en corriente continua Tipos de potencia en corriente alterna En los circuitos de corriente alterna, se nos presentan generalmente tres tipos de potencia, su representación (Figura 24). Figura 24 Sus características más relevantes son: Potencia activa: se representa por P y es aquella que produce un trabajo útil en el circuito. Su unidad es el vatio (W) y se mide con el vatímetro. 24

29 Potencia reactiva: se representa por Q y aparece en los circuitos de corriente alterna cuando existen bobinas y condensadores. No realiza trabajo útil, razón por la que interesa reducirla al máximo. Su unidad es el voltio-amperio reactivo (VAR) y se mide con el varímetro. Potencia aparente: se representa por S y es la suma vectorial de las potencias activa y reactiva. Ésta es la que determina el valor de la intensidad que va a circular por la línea de alimentación del circuito. Su unidad es el voltioamperio (VA) y se obtiene realizando el producto UI Medida de potencias activas: para la realización de medidas de potencia, hay que distinguir si se hace en corriente continua o alterna, ya que en continua se puede decir que toda la potencia es activa, por lo que la mediremos con el vatímetro. (Figura 25) Figura 25 Al igual que la potencia activa en corriente alterna. Básicamente, un vatímetro está formado por dos bobinas, una amperimétrica y otra voltimétrica; con esta última se conecta en serie una resistencia óhmica que se encarga de corregir el desfase de tensión e intensidad en el caso de corriente alterna. La forma de conexión del vatímetro es exactamente igual tanto para corriente continua como para corriente alterna; eso sí, el aparato debe ser para ese tipo de corriente. 25

30 Como ejemplo de conexión se muestran (Figura 26), sistema monofásico. Figura 26 Conexión en sistema monofasico Conexión de un sistema trifásico (Figura 27). Se realiza conexión directa al circuito. Al igual que los amperímetros y voltímetros, estos aparatos se pueden conectar de forma indirecta mediante transformadores de medida. Figura 27 Conexión de un sistema trifásico 5.3- Medida de potencias reactivas: para la medida de potencia reactiva se utiliza el varímetro como se muestra en la figura. Básicamente, es similar al vatímetro, pero con la diferencia de que hay que incorporar al aparato un desfase de 90 º entre la tensión y la intensidad en la bobina voltimétrica. Para ello se recurre a conectar bobinas y condensadores con la resistencia óhmica del vatímetro, con lo que se obtiene así la medida de la potencia reactiva del circuito. 26

31 Ni que decir tiene que este aparato es exclusivo para corrientes alternas. La forma de conexión de este aparato es idéntica a la del vatímetro. 6- Cosímetro 6.1- Introducción Del triángulo de potencias de la (Figura 28) se deduce que en corriente alterna es conveniente conocer el ángulo de desfase entre la tensión y la intensidad del circuito, ya que la intensidad que recorre el circuito va a depender de éste. Figura 28 La potencia reactiva, como ya se dijo, no realiza ningún trabajo útil, además de que las compañías suministradoras suelen penalizar el consumo de este tipo de energía. Es por ello que, en muchos casos, es necesario conocer no ya el ángulo, sino el factor de potencia «cos _» para corregirlo cuando éste sea de un valor bajo, pues provocará un excesivo consumo de energía reactiva. Este factor de potencia se mide de forma directa con el fasímetro (Figura 29) Figura 29 Fasimetro El cosímetro puede ser inductivo o capacitivo, dependiendo del tipo de receptor, según predominen las bobinas o los condensadores. 27

32 6.2- Conexión de un cosimetro monofasico Al igual que el vatímetro, sólo se utiliza en corriente alterna y puede ser tanto monofásico como trifásico. Como ejemplo de conexión, se muestra la conexión de un fasímetro monofásico. (Figura 30) Figura Medida de factor de potencia por el método indirecto En el circuito, también podemos determinar el factor de potencia mediante el método indirecto. Para ello tomamos la lectura del vatímetro que se corresponde con el valor de la potencia activa P; la potencia aparente S la obtenemos del producto UI. Aplicando la expresión que relaciona la potencia activa con la potencia aparente y despejando el factor de potencia, obtendremos: 7- Contador de energía eléctrica En toda instalación eléctrica existe un consumo de energía esto lo mide el contador de energía (Figura 31); esto se traduce en costos, por lo que resulta necesario conocerlo y evaluarlo. Son las empresas suministradoras de energía las más interesadas en estas medidas, aunque en algunos casos es conveniente saber el consumo de alguna parte de la instalación de manera aislada Potencia eléctrica La energía eléctrica es, por definición, la potencia utilizada multiplicada por el tiempo de utilización. Si esta potencia fuese constante, podríamos obtener la energía midiendo la potencia con un vatímetro y multiplicándola por el tiempo. En realidad, la potencia de utilización no suele ser constante, por ello habrá que recurrir a algún aparato de medida para obtener la energía. Dicho aparato es el contador de energía. 28

33 7.2 Conexión El contador de energía es un aparato que hace la integración de potencia y tiempo. Pueden ser analógicos o digitales, aunque éstos últimos se están imponiendo debido a su fiabilidad, sus prestaciones y su reducido tamaño. Figura 31 En lo que se refiere a su conexión, es válido todo lo expuesto anteriormente para medidas de potencia, en cuanto a activa, reactiva y sus conexiones. Como ejemplo de conexión de estos aparatos, tenemos los representados en las Figuras, conexión de contador monofásico (Figura 32), y conexión de contadores trifásicos. (Figura 33) Figura 32 29

34 Figura Tacómetro 8.1- Concepto y Conexión Es un dispositivo que mide frecuencia de rotación (Figura 33) de un elemento bajo operación dinámica o velocidades de superficies y extensiones lineales. Son utilizados para gran diversidad de usos industriales, ya sea en motores eléctricos, de combustión interna, molinos, bandas transportadoras, turbinas, etc. Figura 34 Tacometros El uso del tacómetro es muy útil en procesos en donde se desea conocer y controlar la frecuencia de rotación, permiten al operario saber cuando hay una pérdida o fluctuación, que puede indicar un problema serio y adicionalmente le permitirá operar la maquina en intervalos de seguridad confiables y óptimos de eficiencia previamente establecidos. Se simboliza como:, su unidad de medida es revoluciones por minutos (rpm). Su conexión es solamente conectarlo directamente al eje del motor (Figura 35), o pede ser de foto contacto como se muestra a continuación. 30

35 Figura 35 Conexión al motor Ángulo y distancia del tacómetro sobre la superficie o elemento dinámico rotatorio ser medido 9- Fasímetro 9.1Cocepto y conexión Es un instrumento que indica la diferencia de fase (Figura 365) entre las intensidades de dos corrientes sinusoidales de la misma frecuencia. Su conexión es sencilla ya que dispone de tres bornes, los cuales se colocan uno en cada fase, posee un indicador luminoso que nos dice cuando esta invertida una fase con respecto a las otras dos, y cuando estan correctamente. Figura 365 Fasimetro Un sistema trifásico debe estar 120º (Figura 37) fuera de fase una línea con respecto a la otra. Figura 37 a120 grados 31

36 10- megger Concepto Megger es una marca de equipos de pruebas y de medición para aplicaciones de energía eléctrica, y se considera como el primer proveedor de equipos de prueba eléctricos, esta marca fue registrada por primera vez en mayo de Aunque esta marca se conoce mundialmente por la famosa gama de medidores de aislamiento de materiales dieléctricos, Megger ofrece una solución completa a las necesidades de equipos de prueba eléctricos y de medición. Los equipos proporcionan pruebas para las áreas de mantenimiento más críticas, entre las que se incluyen la localización de fallos en cables, las pruebas de relé protector, la supervisión en línea de aparatos de subestaciones y las pruebas de calidad de energía. Figura 38 El megger o megometro, (Figura 38) es un instrumento también conocido con el nombre de ohmetro, cuya función específica es medir el grado de aislamiento o de resistencia que debe existir entre partes conductoras de electricidad y partes aislantes o protectoras de la misma. Este tipo de medición no es posible realizarla con multímetro sea analógica o digital ya que los rangos de medición de resistencia son muy bajos Medición de grado de aislamiento El Megger puede medir resistencia mayor a los 20M, que es la máxima resistencia que puede medirse con un multímetro digital. La resistencia de aislamiento puede modificarse debido al envejecimiento de los materiales aislantes, por deterioro mecánico, el efecto del polvo y la humedad o bien producto a fallas en el montaje inicial. Vea las siguientes (Figuras 39 a,b) donde se describe la forma de conexión del Megger. 32

37 Figura 39 En las figuras a y b, se muestra la forma de cómo se puede realizar la medición del grado de aislamiento que existe entre el conductor y el aislante en una acometida subterránea. Observe bien que es necesario interrumpir la corriente por medio de los Breaker en el panel o de cada circuito para realizar la medición, por lo que siempre debes de tener muy presente que cuando vallas a medir resistencia, el circuito debe estar desenergizado o sea sin voltaje. Esto se debe especialmente a que el megger al igual que el multímetro cundo mides resistencia, trabaja con su propia fuente de voltaje la que puede ser proporcionada por baterías o por medio de un sistema magnetoeléctrico con los cuales generan tensiones muy altas que van según el tipo de aparato desde 1kilo Voltio a 10 kilo Voltios. Ejemplos de medidas de resistencia de aislamiento en maquina eléctrica (Figura 40) y en una instalación eléctrica (Figura 41) Figura 40 33

38 Figura 41 Como se explico en el párrafo anterior, para medir en aislamiento en las líneas de alimentación de un circuito interno, es necesario separar todos los consumidores que estén se encuentren conectados a los contactos del circuito que se va a medir, desconectar las lámparas para circuito de alumbrado y desconectar las uniones existentes entre la línea neutra. Contenido Instalaciones de potencia con tensiones nominales hasta 1000 voltios Servicio de instalaciones de potencia Válida para instalación tipo Instalaciones nuevas (fase/fase o fase/tierra). a) Locales húmedos y secos. b) Locales con agua y al aire libre. a) Instalaciones que ya estén en servicio. b) Aparatos de potencia clase 1 Resistencia relativa mínima del aislamiento en /V 1000 sin carga. 500 con carga a) 1000 sin carga. y 500 con carga. Resistencia mínima de aislamiento. 2 M 2 M 34

39 Equipos eléctricos de maquinas de mecanización y elaboración con tensiones nominales hasta 1000 Volts. Instalaciones eléctricas subterráneas Verificaron de aparatos reparados o modificados Instalaciones residenciales conectados con enchufes. c) Aparatos de potencia clase 2 conectados con enchufes. Equipos eléctricos nuevos. a) Aislamiento entre conductores de los circuitos auxiliares. b) Aislamiento entre conductores de los circuitos principales. c) Aislamiento entre los circuitos principales y auxiliares y las cubiertas de las máquinas. d) Aislamiento entre los circuitos auxiliares y los principales. a) Instalaciones nuevas. b) Instalaciones que ya se encuentran en servicio con sistema con hilo de tierra de protección. a) Aparatos con accionamiento por motor eléctrico. b) Aparatos electrocaloríficos y aparatos con motores eléctricos y dispositivos de caldeo. c) Equipos con Bobinas (Motores, Transformadores etc.) d) Aparatos de protección clase 2 a) Instalaciones nuevas o viejas no embutidas (conductores no empotrados). b) Instalaciones nuevas o viejas embutidas en tubería EMT. b) valido para c a) b) 50 1 M 1 M 1 M 0.25 M 1 M 5 M 2 M 5 M Estos valores de resistividad permisible deben ser de estricto cumplimiento para garantizan la seguridad de una instalación, así como tamben la vida útil de los aparatos eléctricos. 11- Medidor de Resistencia a tierra (Megometro) 11.1-Introducción Se denomina puesta a tierra, toma de tierra o simplemente tierra a un conductor metálico enterrado en el suelo. La puesta a tierra de las instalaciones se hace uniendo las partes metálicas de la instalación mediante un conductor de sección adecuada, sin fusible ni protección alguna, hasta la toma de tierra, lo que permite así el paso de las corrientes de defecto a tierra y asegura el correcto funcionamiento de los aparatos de protección. De lo dicho anteriormente se desprende que es necesario conseguir una resistencia a tierra de valor mínimo, ya que así estaremos dando mayor facilidad al paso de las corrientes de defecto. Una buena toma de tierra es aquella que posee un valor de resistencia de contacto mínimo entre el electrodo y el terreno. 35

40 11.2- Medida con el Megometro Para realizar la medida de resistencias de tierra, utilizaremos el telurómetro o medidor de resistencia de tierra. (Figura 42) Este aparato realiza la medida utilizando picas de referencia situadas a unas distancias determinadas de la toma de tierra a medir, y nos da el valor de la resistencia directamente sobre la escala. Figura 42 Como se ha dicho anteriormente, para medir una toma de tierra se han de montar picas de referencia para realizar la medida a través de ellas. Cada fabricante acompaña el aparto de medida de las picas y los cables de conexión, e indica las distancias a las que hay que colocar las picas de referencia. Se ilustra esquemáticamente la conexión y situación de las picas para realizar la medida de resistencia de tierra. (Figura 43) Figura Errores de Medición Al realizar medidas, los resultados obtenidos pueden verse afectados. El resultado lleva implícito la posibilidad de errar en la lectura, por ello es necesario conocer con profundidad como se cometen los errores, para poderlos prever y minimizar, de manera que seamos nosotros los que valoremos la veracidad de la medida 36

41 realizada. Los errores en medidas eléctricas se pueden clasificar en sistemáticos y accidentales: 12.1 Error sistemático es el originado por las características del aparato o de la actitud del observador. Entre los más frecuentes se pueden destacar los siguientes: Metodológicos: por utilizar un método inadecuado para realizar la medida, como por ejemplo la colocación de los aparatos de medida cuando se utiliza el método indirecto, ya que éstos tienen consumo y pueden falsear el resultado obtenido. Ambientales: son el resultado de la influencia de las condiciones físicas del entorno: temperatura, presión, humedad, campos magnéticos, etcétera. Personales: los que dependen de la pericia o habilidad del operador al realizar la medida; por ejemplo, la colocación de éste en la lectura. Instrumentales: son los causados por el desgaste de las piezas del aparato, o bien por el desgaste de la pila o batería que alimenta dicho aparato Accidentales: se producen de una forma aleatoria. No se pueden clasificar dada su gran variedad; aun así, no son de gran importancia en las medidas eléctricas. Cada vez que realicemos una medida, debemos evitar desconfiar del valor obtenido, pero también razonar si el resultado está en relación con el valor que preveíamos o no se corresponde con éste. En caso de que exista gran diferencia, hemos de pensar que algo raro ocurre y hacer las comprobaciones necesarias. Entre todos los errores que se pueden cometer al realizar una medida, se encuentran los causados por el operario que la realiza. Se suelen cometer con frecuencia, pero son fáciles de eliminar siendo metódicos. Estos son: a) Errores de cero: Se dan cuando al iniciar la medida no hemos prestado la suficiente atención a la posición del índice (aguja indicadora). Antes de medir, es conveniente calibrar con el tornillo de ajuste la aguja a cero. b) Error de paralaje: ocurre cuando el operario no encara de forma perpendicular la escala del aparato. Se corrige haciendo coincidir la aguja con su proyección sobre la escala. Algunos aparatos suelen incorporar un espejo sobre la escala para facilitar esta tarea. Estos errores no se suelen dar en los aparatos digitales. Por otro lado, es conveniente conocer la calidad y precisión de los aparatos de medida, de ahí que estudiemos los siguientes conceptos: a) Error absoluto: es la diferencia entre el valor obtenido y el valor real. Como se ha dicho en párrafos anteriores, el valor real es difícil de conocer, por este motivo podemos tomar como valor real el obtenido con un aparato de precisión, o bien, tomar como valor real la media de varias medidas. 37

42 Este error nos indica cuánto nos hemos equivocado, pero no nos dice nada sobre la calidad de la medida y del aparato con la que se realiza. Se pueden obtener errores tanto positivos como negativos, en el primer caso se entiende que el aparato mide por exceso y en el segundo se entiende que lo hace por defecto. b) Error relativo: es el resultado de multiplicar por 100 el cociente que resulta de dividir el error absoluto por el valor real. El error relativo se expresa en tanto por ciento. Este error nos da más información sobre la medida, ya que se refiere al error cometido por unidad de medida. Un aparato se puede considerar bueno cuando da un error relativo por debajo del 2%. 38

43 EJERCICIOS DE AUTO EVALUACIÓN Después del estudio de la unidad II, te sugiero que realices los siguientes ejercicios de autoevaluación, lo que permitirá fortalecer tus conocimientos. I. Responda las siguientes preguntas. a. Qué es el voltímetro y como se conecta? b. Qué es el amperímetro y como se conecta? c. Qué diferencia existe entre amperímetro y amperímetro de gancho? d. Qué es el ohmetro y como se conecta? e. Qué es el vatímetro? f. Para que se utiliza el tacómetro y como se conecta? g. Para que se utiliza el fasímetro y como se conecta? i. Cuales son los errores más comunes que se dan en la conexión de equipos de medición? II. Con ayuda de su instructor realice mediciones eléctricas con diferentes equipos y cargas. 39

44 GLOSARIO Analógico: Digital: Estufa: Intervalo: Máx.: min.: Puntero: Símbolo: Zumbador: Amperímetro: Campo de lectura: Campo de medida: Clase de precisión: Relativo a la analogía, analizar datos. Técnicamente dispositivo que mediante la observación nos muestra datos en pantalla. Calorífero que sirve para calentar las habitaciones u hornos de cocina Distancia entre dos puntos o dos momentos. Abreviatura de máximo. Abreviatura de mínimo. Punta de un dispositivo. Objeto que tiene significado incondicional. Dispositivo que emite un sonido. Aparato destinado a medir intensidades. Se conecta en serie con la carga que se pretende medir. Es el correspondiente a la zona graduada de la escala. Máxima medida que se puede realizar con un aparato. Al realizar una medida ésta puede tener mayor o menor precisión. Será más preciso aquel que tenga un valor menor en su clase. Contador de energía eléctrica: Aparato destinado a medir el consumo de energía eléctrica tanto activa como reactiva. Su conexión es similar al vatímetro. Constante de medida: Valor por el que hay que multiplicar el valor leído para obtener el valor real. Cualidades de los aparatos de medidas eléctricas: Sensibilidad, precisión, exactitud, fidelidad y rapidez. Errores: Son las diferencias entre las medidas obtenidas y las medidas reales. Pueden ser sistemáticos o accidentales. 40

45 Sistemáticos: Accidentales: Error absoluto: Error relativo: Fasímetro:. Medir: Megger: Metodológicos: método inadecuado. Ambientales: influencia del entorno en la medida. Personales: falta de habilidad de quien realiza la medida. Instrumentales: los achacables a los aparatos. Error de cero: aparato mal calibrado. Error de paralaje: mala colocación al medir. Pertenece a los instrumentales, lo definimos como la diferencia entre el valor leído y el valor real. Es el referido al porcentaje de error que se comete en la medida por ese aparato. Aparato destinado a medir el factor de potencia del circuito, solo para corriente alterna. Su conexión es similar al vatímetro. Es comparar una medida dada con otra que tomamos como unidad. Aparato destinado a medir la resistencia de los aislamientos de las instalaciones eléctricas. Método directo de medida: El que se realiza con un aparato específico para la magnitud que se mide. Método indirecto de medida: Óhmetro: Pinza amperimétrica: El que se realiza con aparatos distintos de la magnitud que se mide, pero que miden otras magnitudes que permiten deducir la magnitud que queremos medir. Aparato destinado a medir resistencia eléctrica. Se conecta directamente a la resistencia a medir. Ésta ha de estar desconectada y aislada del circuito del que forma parte. Aparato capaz de medir intensidades sin necesidad de manipular las conexiones del circuito. 41

46 Polímetro: Telurómetro: Varímetro: Vatímetro: Aparato conmutable que puede realizar medidas de distintas magnitudes eléctricas. Aparato destinado a medir la resistencia de tierra de las instalaciones eléctricas. Aparato destinado a medir potencia reactiva sólo en corriente alterna. Se conecta igual que el vatímetro. Aparato destinado a medir potencia eléctrica, tanto en continua como alterna (potencia activa en corriente alterna). Está formado por dos bobinas (amperimétrica y voltimétrica) que se conectan en serie y paralelo, respectivamente, al circuito a medir. Voltímetro: Aparato destinado a medir tensiones o diferencias de potencial. Se conecta en paralelo con el circuito que se pretende medir. 42

47 BIBLIOGRAFIA Circuitos Eléctricos Análisis de circuitos en ingeniería Análisis de circuitos Richard Dorf William H Hayt. Jr Shaum 43