INGENIERÍA ELÉCTRICA

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1 INGENIERÍA ELÉCTRICA PROGRAMA DE ASIGNATURA ACTIVIDAD CURRICULAR: INSTRUMENTOS Y MEDICIONES ELECTRICAS Código : Año Académico : 2016 Área : MEDIDAS ELECTRICAS Bloque: TECNOLOGIAS APLICADAS Nivel: 3. Tipo: Obligatoria Modalidad: Anual Carga Horaria total: Hs Reloj: 144 Hs. Cátedra: 192 Carga horaria semanal: Hs Reloj: 4h 30min Hs. Cátedra: 6 Composición del equipo docente Profesores Titulares: Profesores Asociados: Profesores Adjuntos: Ing. Gustavo Tarsia Auxiliares JTP: Auxiliares ATP 1 : Ing. Martín Higes Auxiliares ATP 2 : FUNDAMENTACIÓN La presencia de esta materia en la carrera se debe a que todo ingeniero electricista necesita saber detectar y mensurar los fenómenos y las respuestas de los componentes de un circuito frente a la aparición de los estímulos eléctricos, eligiendo con criterio los instrumentos adecuados en cada caso, ya que de una correcta detección, medición e interpretación de los resultados, surgirán criterios de diseño, control y protección de cualquier sistema eléctrico. 1

2 OBJETIVOS Al finalizar el curso el alumno deberá: Definir sistemas de unidades de magnitudes eléctricas y magnéticas. Aplicar la teoría de errores. Describir y analizar constitución, funciones y empleo de instrumentos eléctricos (indicadores, registradores y contadores). Seleccionar los instrumentos adecuados a cada medición. CONTENIDOS a) Contenidos mínimos Medición y metrología. Instrumentos analógicos. Instrumentos indicadores y registradores. Métodos de cero. Transformadores de medida. Medición de parámetros básicos. Medición de resistencia de tomas de tierra y resistividad. Medición de potencia y energía. Ensayo y localización de fallas en cables. Mediciones en alta tensión. Mediciones magnéticas. Medición eléctrica de magnitudes no eléctricas. Comentarios: Se debe poner especial énfasis a la acción de medir en forma experimental, ajustándose a normas. b) Contenidos analíticos 2

3 CONTENIDOS ANALITICOS Unidad Temática 1: Nociones sobre medición y metrología. Concepto de medición. Mediciones absolutas y relativas. Concepto de magnitud. Ecuaciones de dimensión. Sistemas de unidades. Sistema Internacional. Conceptos de patrones de medidas. Errores. Clasificación de errores. Maneras de acotarlos. Error límite. Análisis estadístico de errores. Propagación de errores. Consideraciones generales para evaluar el resultado de mediciones eléctricas. Unidad Temática 2: Instrumentos indicadores y registradores. Teoría generalizada del instrumento eléctrico indicador. Instrumentos bobina móvil, de hierro móvil, electrodinámicos de inducción Tipos constructivos. Cupla motora. Amortiguamiento. Variación del alcance. Aplicación según corresponda, a la medición en CC y CA de: tensión, intensidad, potencia, factor de potencia y frecuencia. Errores propios, derivados del uso en condiciones diferentes a las de calibración. Multímetros. Instrumentos registradores: de trazo continuo y puntual. De compensación. Unidad Temática 3: Puentes de Corriente Continua y Métodos de cero Potenciómetro de corriente continua. Principio de funcionamiento. Tipos constructivos. Sensibilidad. Errores. Puentes de Wheastone y de Kelvin: principios teóricos de funcionamiento. Tipos constructivos. Sensibilidad. Errores. Unidad Temática 4: Puentes de Corriente Alterna Puentes de corriente alterna. Ecuación de equilibrio. Clasificación. Sensibilidad. Convergencia. Capacitancias parásitas. Blindaje y puesta a tierra. Fuentes de alimentación. Detectores de cero. Puentes para la medición de C, L y M: de Wien, Maxwell - Wien, Schering, Hay,, otros. Unidad Temática 5: Transformadores de Medida Clasificación. Tipos constructivos. Definiciones. Clases de aislación. Errores de relación y de fase. Diagramas Vectoriales. Circuitos equivalentes. Curvas características. Conexiones. Transformadores de protección. Transformadores capacitivos. Ensayo de los transformadores de medida. 3

4 Unidad Temática 6: Medición de potencia y energía Medición de potencia. En sistemas monofásicos: conexiones, errores sistemáticos y accidentales. En sistemas polifásicos: Teorema de Blondel. Corolario de Aarón. Neutro artificial. Significado del factor de potencia trifásico. En sistemas trifásicos: simétricos y asimétricos equilibrados y desequilibrados. Vatímetros para sistemas trifásicos. Cosfímetros para sistemas trifásicos. Medición de energía. Contadores monofásicos y trifásicos de inducción para energía activa y reactiva. Contadores especiales. Exactitud de los contadores. Normas. Ensayos Clasificación. Unidad Temática 7: Mediciones magnéticas. Conceptos sobre: curva de primera imantación y de conmutación, ciclo de histéresis estático y dinámico, permeabilidad normal e incremental, pérdidas magnéticas. Muestras y dispositivos para ensayos magnéticos. Medición de la inducción magnética con bobinas de prueba, sonda de Hall, magnetorresistencias, magnetómetros y permeámetros. Medición del flujo y de la tensión magnética. Determinación de curvas de imanación y ciclos de histéresis. Medición de la dispersión magnetice. Medición de las pérdidas magnéticas Unidad Temática 8: Instrumentos Electrónicos Nociones generales sobre instrumentos electrónicas analógicos y digitales. Características principales. Galvanómetros con amplificador. Voltímetros con amplificador: para tensión senoidal, no senoidal y continua, de valor eficaz. Ohmetros, capacímetros, frecuencímetros y multímetros analógicos. Instrumentos a efecto Hall. Estroboscópicos. Voltímetros digitales: de simple y doble rampa, de valor eficaz. Ohmetros, capacímetros, frecuencímetros y multímetros digitales. Analizadores de ondas poli armónicas. Contadores de energía activa. Consideraciones para la selección de un instrumento electrónico. Unidad Temática 9: Osciloscopio de rayos catódicos. Constitución del tubo. Desviación del haz. Sensibilidad. Tiempo de tránsito. Postaceleración. Pantalla. Fuente de alimentación. Amplificador horizontal y vertical. Base de tiempo. Dispositivos adicionales. Osciloscopios especiales: Multihaz, multitrazo, con memoria, etc. Consideraciones para la selección de un osciloscopio. Unidad Temática 10: Medición de la resistencia de tomas de tierra Conceptos básicos sobre: Finalidad de la conexión a tierra, tipos de electrodos empleados, distribución del potencial de electrodo, resistencia de una toma de tierra, tensiones que fijan la 4

5 resistencia máxima, resistividad de terrenos. Medición de la resistencia de tomas de tierra. Métodos de caída de tensión, de puente y de compensación. Telurímetros. Medición de la resistividad de terrenos: métodos de Wenner y de la jabalina. Determinación de la estratificación del suelo mediante curvas patrón. Unidad Temática 11: Mediciones y ensayos de alta tensión. Conceptos sobre ensayos dieléctricos. Clasificación. Generación de altas tensiones alternas y continuas para ensayos: equipos de una etapa y de varias etapas. Generación de impulsos de alta tensión: finalidad, ondas normalizadas, generador de Marx. Medición de altas tensiones alternas y continuas: Voltímetros de AT, divisores de tensión, explosor a esferas, voltímetros de pico. Registro y medición de impulsos de AT. Ensayos dieléctricos. Normas. Ensayos de tensión aplicada e inducida. Equipos para aumentar la frecuencia. Ensayo a impulsos, métodos de detección de fallas. Ensayo de aislantes: determinación de la rigidez dieléctrica, factor de pérdidas, constante dieléctrica y resistividades. Puente de Schering para AT. Ensayo de aceites aislantes. Método de descargas parciales. Unidad Temática 12: Mediciones luminotécnicas. Conceptos sobre luz y radiaciones. Magnitudes y unidades radiométricas. Relaciones. Ley de Lambert. Radiaciones luminosas. Sensibilidad del ojo humano, curva internacional de luminosidad. Flujo luminoso de una fuente en watts. Unidad internacional de intensidad luminosa: patrones secundarios. Unidades fotométricas derivadas. Medición de la intensidad luminosa. Fotómetros. Medición de la iluminación, el brillo y la luminancia. Curvas de distribución luminosa. Su determinación. Cálculo y medición del flujo luminoso. Nociones sobre fotometría de lámparas. tubos y proyectores. Eficacia luminosa de una radiación. Rendimiento luminoso de una fuente. Unidad Temática 13: Medición eléctrica de magnitudes no eléctricas Conceptos sobre medición eléctrica de magnitudes no eléctricas. Configuración del sistema de medida. Transductores o sensores. Resistivos, inductivos, capacitivos, electrodinámicos, piezoeléctricos, magnéticos, fotoeléctricos, termoeléctricos, acústicos, etc. Aplicaciones típicas a la medición de desplazamientos, velocidades, aceleraciones, fuerzas, presiones, pares, deformaciones, caudales, niveles de líquido, temperaturas, vibraciones, ruidos, etc. Balanceo 5

6 DISTRIBUCIÓN DE CARGA HORARIA ENTRE ACTIVIDADES TEÓRICAS Y PRÁCTICAS Tipo de actividad Carga horaria total Carga horaria total en en hs. reloj hs. cátedra Teórica Formación Práctica Formación experimental Resolución de problemas Proyectos y diseño 0 0 Práctica supervisada 0 0 ESTRATEGIAS METODOLÓGICAS a) Modalidades de enseñanza empleadas según tipo de actividad (teórica-práctica) Clases teóricas: Son expositivas, permiten transmitir conocimientos e información organizada de los contenidos de la materia, acompañados de transparencias. Clases prácticas: Resolución de problemas con dinámica grupal que permite la discusión de los mismos, guiados por docente auxiliares. Clases de laboratorio: se realizan experiencias en pequeños grupos utilizando instrumentación adecuada de manera de poner en práctica los distintos métodos de medición aprendidos en las clases teóricas y evaluar los resultados de las mediciones. b) Recursos didácticos para el desarrollo de las distintas actividades (guías, esquemas, lecturas previas, computadoras, software, otros) Laboratorio de Instrumentación y Máquinas del departamento de Electrotecnia, donde se realizarán los ensayos de los diversos temas. Retroproyector. Uso de instrumentos. Manuales de equipamientos e instrumentos. 6

7 EVALUACIÓN a) Modalidad (tipo, cantidad, instrumentos) Evaluación en forma de pequeños coloquios que se realizan previamente a la ejecución de los trabajos de laboratorio, de manera de verificar si el alumno se encuentra en condiciones de aprovechar la clase porque tiene conocimientos básicos de que es lo que se va a hacer en la práctica. Evaluación de parciales: Se tomarán tres exámenes durante el año con una clasificación mínima de 4 (cuatro) puntos, donde el alumno debe demostrar los conocimientos teóricos y prácticos adquiridos. Cada uno de estos parciales puede ser recuperado hasta en dos oportunidades. Examen final integrador: El alumno podrá rendir este examen de aprobación final siempre que haya aprobado los exámenes parciales y además haya cumplido el porcentaje mínimo de asistencia fijado en el 75%. Con esta evaluación el alumno deberá demostrar el conocimiento completo integrando todos los temas que corresponden al programa b) Requisitos de regularidad Aprobar los Trabajos prácticos y los 3 parciales. c) Requisitos de aprobación Aprobar el examen final integrador: El alumno podrá rendir este examen de aprobación final de la materia, siempre que halla aprobado los exámenes parciales y además halla cumplido el porcentaje mínimo de asistencia fijado en el 75%. Con esta evaluación el alumno deberá demostrar el conocimiento completo integrando todos los temas que componen el programa. ARTICULACIÓN HORIZONTAL Y VERTICAL CON OTRAS MATERIAS La materia articula horizontalmente con materias del mismo nivel: Máquinas eléctricas I y Tecnología y Ensayo de Materiales Eléctricos. Verticalmente articula con Física II- Integración Eléctrica II- Electrotecnia I- Probabilidad y Estadística. 7

8 CRONOGRAMA ESTIMADO DE CLASES Semana 1 Tema Introducción al curso + Reglamento Unidad Temática 1 Tipo de Actividad Teórica Formación Práctica 2 Unidad Temática 2 3 Unidad Temática 2 4 Unidad Temática 3 5 Unidad Temática 3 6 Unidad Temática 3 - TP de Ensayo en Laboratorio 7 Unidad Temática 4 8 Unidad Temática 4 9 Unidad Temática 4 - TP de Ensayo en Laboratorio 10 Examen Parcial Unidad Temática 5 12 Unidad Temática 5 13 Unidad Temática 5 - TP de Ensayo en Laboratorio 14 Unidad Temática 6 15 Unidad Temática 6 16 Unidad Temática 6 - TP de Ensayo en Laboratorio 17 Unidad Temática 7 18 Unidad Temática 7 19 Unidad Temática 7 - TP de Ensayo en Laboratorio 20 Examen Parcial Unidad Temática 8 22 Unidad Temática 8 - TP de Ensayo en Laboratorio 23 Unidad Temática 9 24 Unidad Temática Unidad Temática Unidad Temática Unidad Temática Unidad Temática 11 - TP de Ensayo en Laboratorio 29 Unidad Temática Unidad Temática Unidad Temática Examen Parcial

9 BIBLIOGRAFÍA OBLIGATORIA Sábato, Juan Mediciones eléctricas Tomo I, Ed. Alsina.Bs. As Stockel, y Winterling Técnica de las mediciones eléctricas Ed. Labor. Barcelona.1979 Kinnard Medidas eléctricas y sus aplicaciones Ed. Marcombo. Barcelona.1958 Rodríguez, Pedro: Introducción a las mediciones eléctricas. Ed. Alsina. Bs. As.2001 BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA Siemens: Técnicas de las mediciones eléctricas. Ed. Dossat. Madrid Harris Electrical Measurements Ed. John Willey. Normas IRAM IEC VDE etc. 9