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UNIVERSIDAD TÉCNICA ESTATAL DE QUEVEDO
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
PROYECTO INTEGRADORMODULO IV
TEMA:
IMPLEMENTACIÓN DE INSTRUMENTOS DE MEDIDA
PARA EL MÓDULO DE REDES ELÉCTRICAS DE
CORRIENTE ALTERNADE LA UNIVERSIDAD TÉCNICA
ESTATAL DE QUEVEDO.
GRUPO:
I
AUTORES:
DE LA TORRE MACÍAS ANDRÉS ALEXANDER.
DELGADO REVILLA ALBERTO RICARDO.
ESTRADA AVILÉS EMMA VANESSA.
ORTEGA DÍAZ GILSON LEANDRO.
TUTORES:
ING.LUIS GARCIA.
ING.STALIN CARREÑO.
QUEVEDO – LOS RIOS - ECUADOR
2012 - 2013
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RESUMEN
La presente obra se refiere a la implementación de los dispositivos de
medidas de parámetros eléctricos para un módulo de redes eléctricas de
corriente alterna que se encuentra en las instalaciones del laboratorio de
electrónica de la carrera de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Técnica
Estatal de Quevedo, el cual es necesario para realizar las practicas que
todo estudiante de esta carrera necesita para su formación profesional.
Los equipos de medición son una de las más grandes ideas de la
humanidad, es imposible hacer algo sin la ayuda de estos, por lo que en
electricidad los dispositivos de medición son imprescindibles, porque
permiten relacionar la teoría con la práctica, facilitando el proceso de
enseñanza aprendizaje es decir permite que el docente y el dicente
mejoren su rendimiento académico.
Para analizar esta relación que se vuelve una necesidad para los
estudiantes es necesario mencionar sus causas-efectos. Se entiende por
dispositivo de medidas de parámetros eléctricos a aquellos que logran
captar los niveles de medidas ya sea de: Voltaje, corriente, frecuencia,
inductancias, capacitancias, resistencia, entre muchas más; de una
manera casi real lo que permite hacer las verificaciones de los ejercicios
teóricos los cuales son algunos muy complejos, al obtener estas medidas
registradas en un dispositivo se puede beneficiar de conocimiento y
agilidad.
Gracias a la iniciativa del Ing. Ángel Torres coordinador de la carrera de
ingeniería eléctrica y del Ing. Víctor Nasimba tutor general del proyecto
integrador de los estudiantes del segundo año paralelo “A”, se puede
llevar esto a cabo con gran énfasis y entusiasmo. Logrando beneficiar
directamente a todos los estudiantes de la carrera de ingeniería eléctrica.
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INTRODUCCIÓN
La producción de grandes cantidades de energía eléctrica, ha sido posible
gracias a la utilización de las máquinas generadoras que basan su
funcionamiento en los fenómenos electromagnéticos.
Los circuitos domésticos representan una aplicación práctica, en nuestro
mundo de aparatos eléctricos es útil entender los requerimientos y
limitaciones de potencia de sistemas eléctricos convencionales y las
medidas de seguridad que deben tomarse para evitar accidentes.
En una instalación convencional la compañía brinda el servicio eléctrico,
distribuye la potencia eléctrica a hogares individuales con un par de líneas
de potencia. Cada usuario se conecta en paralelo en esta línea, la
diferencia de potencial entre los alambres es de 120 Voltios, El voltaje se
alterna al mismo tiempo con una de los alambres conectados a tierra, y el
potencial del otro alambre, "vivo", oscila respecto a la tierra.
Un medidor y un interruptor del circuito se conectan en serie con uno de
los alambres que entran a la casa. El alambre y el interruptor del circuito
se seleccionan cuidadosamente para satisfacer las necesidades de
corriente de ese circuito.
El estudio de los circuitos eléctricos es fundamental en la enseñanza de la
Ingeniería Eléctrica. Los conocimientos que se adquieren son muy útiles
en campos como la electrotecnia aplicada, sistemas de potencia y control,
electrónica, computadores, telecomunicaciones, etc. También se pueden
emplear en otros campos de la ingeniería aparentemente distintos,
mediante las analogías eléctricas.
Gracias a los conocimientos adquiridos durante el transcurso de los dos
años de estudios en la carrera de Ing. Eléctrica sobre carga eléctrica,
potencial eléctrico, corriente eléctrica, potencia, energía, enlaces de flujo,
y que se conoce también las leyes básicas de la física aplicadas a la
electricidad, estamos en total capacidad de realizar prácticas para
demostrar lo aprendido en todo este tiempo y comprobar la teoría con la
práctica.
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Por tales razones expuestas surge la necesidad de realizar este proyecto
orientado a la implementación de instrumentos de parámetros eléctricos
para un módulo de prácticas eléctricas en el laboratorio de electrónica de
la U.T.E.Q de la carrera de ingeniería eléctrica. Logrando así satisfacer
las necesidades de los estudiantes de esta prestigiosa carrera los cuales
deben realizar este tipo de prácticas para así avanzar a los siguientes
años.
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1. PROBLEMATIZACIÓN
1.1. ANTECEDENTES
La facultad de ciencias de la ingeniería en creada recientemente hace
cuatro años con ella se creó la carrera de ingeniería eléctrica por lo cual
dicha carrera no cuenta con un laboratorio equipado de acuerdo a la
exigencia de la malla curricular, los estudiantes necesitan realizar
prácticas y poner a prueba los conocimientos adquiridos durante el
periodo de estudio por lo cual tienen que viajar a otras ciudades para
poder logra su objetivo, es así que se ha visto en la necesidad de que los
proyecto se vean dirigidos específicamente a implementar el laboratorio
de eléctrica.El problema fundamental de este proyecto es la falta de
dispositivos de medidas de parámetros eléctricos para el módulode redes
eléctricas de corriente alterna ya que al momento no se cuentan con ellos.
1.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Debido a las exigencias que se presentan en la vida profesional como en
el campo laboral, el estudiante de ingeniería eléctrica debe saber resolver
cualquier tipo de problemas que se le presente cuyas exigencias son
suplidas realizando las previas prácticas correspondientes, pero esto no
ha podido llevar a cabo por las siguientes razones:
No se cuenta con un laboratorio adecuado para realizar prácticas
demostrativas de las diferentes leyes que rigen la electricidad.
Poco conocimiento por parte de los estudiantes en el manejo y
adquisición de los dispositivos de medida que se quieren
conseguir.
Falta de práctica de los temas que se ven en el aula de clase en
forma teórica.
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El avance tecnológico constante propicia una investigación de
aquellos descubrimientos los cuales son muy poco cultivado por
estudiantes y docentes.
La desidia se opone al desarrollo de estudiantes y docentes por
falta de capacitación, en base al mejoramiento de laboratorios para
la carrera de ingeniería eléctrica de lo cual se carece.
La exigencia académica del presente gobierno evalúa a las
carreras en algunos aspectos, uno de ellos son los laboratorios
para realizar prácticas.
Losestudiantes tienen que viajar a otras ciudades a realizar sus
prácticas de laboratorios en otras universidades.
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2. JUSTIFICACIÓN
El modelo pedagógico por competencia determina la elaboración de un
proyecto integrador, que nos lleva al trabajo teórico y práctico, el cual
permite aplicar los contenidos de las unidades de aprendizaje
desarrolladas.La investigación de campo es un determinante para
conocer los problemas inmersos en la carrera de Ingeniería Eléctrica
asícomo también la problemática social del entorno.
El desarrollo de los objetivos específicos que se plantean permite adquirir
compromiso que no se podrán cumplir en esta instancia pero nos abre el
camino para realizar nuevos proyectos de investigación.
Con base en estos justificativos se lleva a cabo la realización de este
proyecto el cual es muy beneficioso para los estudiantes de la carrera de
ingeniería eléctricay afines emprendiendo una implementación de los
dispositivos de medidas de parámetros eléctricos para el módulo de
redes eléctricas de corriente alterna.
Como futuros profesionales con este tipo de proyecto se adquiere
conocimiento siempre y cuando la teoría se la ponga en práctica
constantemente. Como dijo Platón “Conocimiento adquirido y no puesto
en práctica las próximas 48 horas, es conocimiento perdido”.
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3. OBJETIVOS
3.1. GENERAL
Implementaciónde instrumentos de medida para un módulode máquinas
eléctricas en la Universidad Técnica Estatal De Quevedo.
3.2. ESPECIFICOS
Identificarlos tipos de dispositivos de medidas de parámetros
eléctricos existentes en el mercado.
Diagnosticar los complementos que se necesitan para los
dispositivos de medidas de parámetros eléctricos.
Implementar dispositivos de medidas de parámetros eléctricos y
sus complementos para el módulo de pruebas de cargas.
Determinar la relación que existe entre valores teóricos y
valores medidos en la práctica de laboratorio.
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4. MARCO REFERENCIAL
4.1. MARCO TEÓRICO
4.1.1 ENERGIA ELECTRICA
La energía eléctrica, base del gran desarrollo alcanzado por la industria
ecuatoriana y del mundo en nuestros tiempos, se produce en centrales
hidráulicas, térmicas y en menores proporciones eólicas y solares,
situadas en determinados lugares geográficos. Debe, por tanto ser
transportada a los centros de consumo valiéndose de líneas eléctricas,
pero éstas suponen siempre una pérdida de energía, sobre todo a gran
distancia, debida al calentamiento originado por el paso de la corriente, a
la limitada eficacia de los aisladores, a los empalmes y contactos
defectuosos, y a los efectos de la intemperie. Para mitigar en lo posible
estos inconvenientes, se recurre a la elevación de la tensión, que puede
alcanzar los 380 000 voltios y disminuye de este modo la resistencia del
conductor. Es necesario por este motivo instalar en los centros de
distribución transformadores que reduzcan el voltaje al nivel adecuado
para el alumbrado, la industria, etc.
4.1.2 TRANSPORTACION DE LA ENERGIA ELECTRICA
La generación y transporte de energía en forma de electricidad tiene
importantes ventajas económicas debido al coste por unidad generada.
Las instalaciones eléctricas también permiten utilizar la energía
hidroeléctrica a mucha distancia del lugar donde se genera. Estas
instalaciones suelen utilizar corriente alterna, ya que es fácil reducir o
elevar el voltaje con transformadores. De esta manera, cada parte del
sistema puede funcionar con el voltaje apropiado. Las instalaciones
eléctricas tienen seis elementos principales: la central eléctrica, los
transformadores, que elevan el voltaje de la energía eléctrica generada a
las altas tensiones utilizadas en las líneas de transporte, las líneas de
transporte, las subestaciones donde la señal baja su voltaje para
adecuarse a las líneas de distribución, las líneas de distribución y los
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transformadores que bajan el voltaje al valor utilizado por los
consumidores.
Cualquier sistema de distribución de electricidad requiere una serie de
equipos suplementarios para proteger los generadores, transformadores y
las propias líneas de conducción. Suelen incluir dispositivos diseñados
para regular la tensión que se proporciona a los usuarios y corregir el
factor de potencia del sistema.
Es en esta instancia cuando se requieren hacer las respectivas
mediciones para suplir esos obstáculos en el transporte y distribución de
la energía eléctrica.
4.1.3 CIRCUITO ELECTRICO
Un circuito eléctrico está constituido por cualquier conjunto de elementos
a través de los cuales pueden circular cargas eléctricas. Existirá pues, un
conjunto de dispositivos eléctricos (por ejemplo fuentes, resistencias,
inductancias, capacidades, transformadores, transistores, etc.)
interconectados entre sí.
En la etapa de transportación de la energía eléctrica se forman varios
circuitos eléctricos debido a la distancia del conductor, las alteraciones de
voltaje y de corriente, entre otras. Es entonces donde interviene el
ingeniero eléctrico para contrarrestar las llamadas “corrientes parasitas”
producidas por la transportación a largas distancias y minimizar las
pérdidas de energía.
4.1.4 ELEMENTOS PASIVOS DE UN CIRCUITO ELECTRICO
Son aquellos elementos que absorben o almacenan energía en forma de
campo eléctrico o magnético. A continuación tenemos:
4.1.4.1 RESISTENCIA ELÉCTRICA
La resistencia eléctrica es la oposición que ofrece un material al paso de
los electrones (la corriente eléctrica). La unidad de medida de la
resistencia eléctrica es el Ohmio y se representa por la letra griega omega
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(Ω) y se expresa con la letra "R". En la práctica se utilizan los múltiplos de
kilo ohmio KΩ, mega ohmio MΩ e inclusive hasta Giga Ohmios GΩ.
Los factores principales que determinan la resistencia eléctrica de un
material son:
o Tipo de material.
o Longitud.
o Sección transversal.
o Temperatura.
4.1.4.2 CAPACITORES
Se denomina capacitor al dispositivo que es
capaz de acumular cargas eléctricas.
Básicamente un capacitor está constituido por
un conjunto de láminas metálicas paralelas
separadas por material aislante.
La acumulación de cargas eléctricas entre las láminas da lugar a una
diferencia de potencial o tensión sobre el capacitor y la relación entre las
cargas eléctricas acumuladas y la tensión sobre el capacitor es una
constante denominada capacidad la cual se representa con la letra “C” y
su unidad es el Faradio.
Un capacitor está compuesto de dos terminales cuyo propósito primario
es introducir capacitancia a un circuito eléctrico. La capacitancia se define
como la razón de carga almacenada a la diferencia de voltaje entre dos
placas o alambres conductores.
4.1.4.3 SUPERCAPACITORES
Los supercapacitores o supercondensadores, también
conocidos como ultracondensadores, son como los
capacitores normales pero almacenan hasta unas 10.000
veces más energía, ocupando el mismo tamaño. Algunos
pueden llegar hasta 3.000 faradios (los normales suelen
almacenar del orden de microfaradios). Tienen un gran
Figura 4.1
Figura 4.2
12
rendimiento (el 98% de la carga se devuelve); almacenan mucha energía
en relación a su peso (4Wh/kg), aunque no tanto como un batería; no
presentan efecto memoria y tienen una gran capacidad de carga y
descarga rápida (5kW/kg).
4.1.4.4BOBINA O INDUCTOR
La bobina o inductor es un elemento que reacciona
contra los cambios
en la corriente a través de él, generando un voltaje
que se opone al voltajeaplicadoy es proporcional al
cambio de la corriente.
La bobina o inductor por su forma (espiras de alambre arrollados)
almacena energía en forma de campo magnético.
El inductor es diferente del condensador o capacitor, que almacena
energía en forma de campo eléctrico.
Una característica interesante de los inductores es que se oponen a los
cambios bruscos de la corriente que circula por ellas.
Esto significa que a la hora de modificar la corriente que circula por ellos
(ejemplo: ser conectada y desconectada a una fuente de alimentación de
corriente continua), esta intentará mantener su condición anterior.
Este caso se da en forma continua, cuando una bobina está conectada a
una fuente de corriente alterna causa un desfase entre el voltaje que se le
aplica y la corriente que circula por ella.
Las bobinas producen inductancias a la cual se la representa con la letra
“L” y su unidad es el Henrio.
4.1.5 ELEMENTOS ACTIVOS DE UN CIRCUITO ELECTRICO
Son los que suministran energía a la red y básicamente son; fuentes de
voltaje y fuentes de corriente.
4.1.5.1 FUENTES DE VOLTAJE
Figura 4.2
13
El voltaje es simplemente el trabajo que se realiza para transportar
cargas. Una fuente de voltaje se encarga de suministrar de este trabajo a
una red que puede ser monofásica o trifásica dependiendo de las líneas
de transmisión y de los usuarios del servicio eléctrico.
4.1.5.1.1 RED MONOFASICA
La red monofásica es aquella que está formada por dos conductores, una
fase y un neutro.
4.1.5.1.2RED TRIFASICA
La red trifásica básicamente es aquella que está conformada por dos
conductores y un neutro o por dos conductores una fase y un neutro.
4.1.5.2 FUENTES DE CORRIENTE
La corriente eléctrica es básicamente la cantidad de carga que atraviesa
un conductor en un determinado instante y se la representa con la letra “I”
cuya unidad es el amperio (A).
4.1.6 INTERACCIONES DE ELEMENTOS PASIVOS CON ELEMENTOS
ACTIVOS
4.1.6.1IMPEDANCIA
Cuando en un mismo circuito se tienen elementos combinados
(resistencias, condensadores y bobinas) y por ellos circula corriente
alterna, la oposición de este conjunto de elementos al paso de la corriente
alterna se llama impedancia la cual se la representa con la letra “Z”.
(FASE)
(NEUTRO)
Figura 4.4
(FASE) (FASE) (FASE) (NEUTRO)
Figura 4.5
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La impedancia tiene unidades de Ohmios (Ohms) y es la suma de una
componente resistiva que es la parte real (debido a las resistencias) y una
componente reactiva que es la parte compleja (debido a las bobinas y los
condensadores).
Z = R + j X
La jota (j) que precede a la X, nos indica que ésta (la X) es un número
imaginario.
Lo que sucede es que estos elementos (la bobina y el condensador)
causan una oposición al paso de la corriente alterna (además de un
desfase), pero idealmente no causa ninguna disipación de potencia, como
si lo hace la resistencia (La Ley de Joule).
En la bobina y el condensador se sabe que existe un desfase entre las
corrientes y los voltajes, que en el primer caso es atrasada y en el
segundo caso es más adelantada.
El desfase que ofrece una bobina y un condensador eso puesto, y si estos
llegaran a ser de la misma magnitud, se cancelarían y la impedancia total
del circuito sería igual al valor de la resistencia.
Se puede ver que las reactancias se muestran en el eje Y (el eje
imaginario) pudiendo dirigirse para arriba o para abajo, dependiendo de si
es más alta la influencia de la bobina o el condensador y las resistencias
en el eje X. (solo en la parte positiva del eje X).
4.1.6.2 ADMITANCIA
La admitancia es el inverso de la impedancia:
Figura 4.6
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W
A
V
COSФ
Y= 1Z= yC+ jy sLa conductancia yC es la parte real de la admitancia y
la suceptancia jy s la parte imaginaria de la admitancia. Las unidades de la
admitancia, la conductancia y la susceptancia son los Siemens. Un
Siemens es el inverso de un Ohmio.
4.1.7 SISTEMAS DE MEDIDAS DE PARAMETROS ELECTRICOS
En electricidad es de vital importancia el conocimiento y manejo de
los aparatos de medida, ya que se utilizan constantemente en
multitud de comprobaciones, toma de datos, verificación de circuitos,
diseño, cálculos posteriores y, en general, en todos aquellos casos en que
sea necesario conocer alguna de las magnitudes eléctricas de
cualquier circuito o instalación. Para medir correctamente con cualquier
aparato de medida es necesario conocer su funcionamiento, forma de
conexión y e interpretar los símbolos impresos en el cuadrante del mismo.
En general, todo aparato de medida ha de cumplir la condición de que al
colocarse en el circuito que se desea medir, no altere las condiciones de
funcionamiento del mismo.
4.1.7.1 SIMBOLOGIAS DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDIDAS
Los instrumentos de medida son catalogados en la simbología como
Indicadores los cuales estarán enmarcados por un círculo y dentro del
estará la letra con la que se simboliza.
VATIMETRO
AMPERIMETRO
VOLTIMETRO
COSFIMETRO
4.1.7.2 MEDIDAS ELECTRICAS
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Medir es comparar entre dos magnitudes, una de ellas conocida,
denominada patrón y la otra desconocida.
Esta comparación puede establecerse mediante dos procedimientos:
directo e indirecto.
4.1.7.2.1 MEDICION INDIRECTA
Es la comparación entre dos magnitudes para verificar si son iguales. Es
el caso de comparar dos longitudes entre sí.
4.1.7.2.2 MEDICION DIRECTA
En este tipo de medición, la comparación se realiza en magnitudes de
diferente naturaleza, aunque guarden entre si una relación. Un ejemplo de
este tipo se encuentra en la medida de magnitudes eléctricas, intensidad,
tensión, etc., que se realizan por comparación con la desviación de una
aguja o por medio de circuitos electrónicos que indican el valor numérico
en una pantalla.
A continuación se expone una tabla donde se reflejan las magnitudes,
unidades e instrumentos con que se efectúan las medidas más usuales
en instalaciones eléctricas.
MAGNITUD UNIDAD INSTRUMENTO
Tensión Voltio (V) Voltímetro
Intensidad Amperios (A) Amperímetro
Resistencia Ohmio (Ω) Óhmetro
Potencia Vatio (W) Vatímetro
4.1.7.3 INSTRUENTOS DE MEDIDA
Al medir se determina el valor numérico de una magnitud. Dicho valor es
leído en un aparato o instrumento de medida.
4.1.7.4 CLASIFICACION DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDIDA
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La clasificación de los instrumentos de medida puede realizarse según
varios criterios, ya que el campo de las medidas es muy extenso, no
pudiéndose aplicar un razonamiento común para todos ellos.
En cualquier caso, se pueden establecer una serie de características
aplicables a muchos de los instrumentos de medida existente en el
mercado, como son:
Tipo de identificación
Pueden ser analógicos, con sus diferentes sistemas (desplazamiento de
una aguja sobre un fondo de escala numerada, pudiendo ser única o
general para varios).
También los hay digitales, con un circuito electrónico que realiza la
indicación lectiva mediante números (Dígitos).
Corrientes a medir
El instrumento de lectura puede ser para utilizar en corriente continua, en
corriente alterna
Magnitudes a medir
Según este concepto, pueden ser; voltímetros, amperímetros, vatímetros,
etc.
Tipo de precisión
Se pueden clasificar en instrumentos de precisión o medida fina,
instrumentos industriales cuya precisión es menor.
4.1.7.5 CARACTERISTICAS DE LOS SISTEMAS DE MEDIDA.
SISTEMAS DE LECTURA
Se analiza aquí las características generales de dichos instrumentos y
que se puede atribuir a la mayoría de ellos.
4.1.7.5.1 ESCALAS
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Todos los instrumentos poseen una o más escalas de medidas. Cuando
solo existe una escala de lectura se interpretara según el desplazamiento
de la aguja y la medida se realizará de forma directa.
Los instrumentos con varias escalas permiten unos márgenes de medidas
que se sitúan entre cero y un valor máximo ubicado en el fondo de escala,
previamente se habrá seleccionado (normalmente mediante un
conmutador rotativo) el tipo de escala sobre la que se desea realizar la
lectura.
4.1.7.5.2 EXACTITUD
Es la cualidad que posee un instrumento para aproximarse
cuantitativamente al valor real de la magnitud medida.
4.1.7.5.3 PRECISION
Es la capacidad de apreciación de un aparato, cuantas más lecturas de
una misma magnitud pueda realizarse con más instrumentos, mayor será
su precisión.
4.1.7.5.4 ERROR
El error es una incertidumbre apreciada. Al realizar la lectura se cometen
errores, ya que la magnitud indicada no coincide siempre con el valor real,
esto puede ser debido a errores motivados por varias causas, unas veces
sistemáticas y otras accidentales que son evitables, como es el caso de
instrumentos defectuosos, fallos del observador, lecturas o ajustes
incorrectos, fatiga del observador, etc.
Mediante las técnicas de medida se intenta conocer el valor del error en
cada aparato, para determinar la precisión del mismo.
4.1.7.6 NORMAS PARA EVITAR POSIBLES ERRORES EN LAS
LECTURAS
Usar instrumental adecuado para cada medida.
Seleccionar el tipo de corriente que se va a medir (si se realiza con
un multímetro).
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Si desconoce la magnitud a medir, comenzar por la escala máxima
que posea el instrumento.
Conectar las puntas de prueba adecuadamente, según la unidad a
medir.
Evitar los errores de paralaje (posición correcta del operario que
efectúa la lectura).
Contrastar la lectura con otros instrumentos.
Anotar los resultados obtenidos de forma ordenada y en papel
impreso.
Cuidar y mantener el instrumento en cualquier momento y
circunstancia.
Hacer calibrar los instrumentos periódicamente.
Evitar las prisas en la conexión y lectura.
Ante cualquier duda, sustituir el equipo por otro.
4.1.7.7 EVALUACION DE LOS ERRORES EN LA LECTURA
Una vez leída una magnitud y conocida la existencia de un error, es
conveniente la evaluación del mismo.
4.1.7.7.1 ERROR ABSOLUTO
Es la diferencia existente entre el valor leído en el instrumento y el valor
real.
El valor real no se conoce ya que el objetivo de la medida es conocerlo;
no obstante, se puede realizar esta lectura mediante un instrumentó de
gran precisión, siendo el resultado obtenido muy próximo al valor real,
tonando esta lectura de este instrumento patrón como una medida exacta.
Por lo tanto, el error absoluto se hallara por diferencia entre la lectura del
aparato de prueba y el instrumento patrón.
EAB=V L−V R
Siendo:
EAB = Error absoluto.
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V L = Valor leído (Instrumento de prueba).
V R = Valor real (Instrumento patrón).
Esta diferencia puede tener signo positivo o negativo, ya sea por exceso o
por defecto en la lectura entre ambos instrumentos.
4.1.7.7.2 ERROR RELATIVO
Es el que se refiere al valor real, o también al final de escala del
instrumento de medida. Se distinguen el porcentual y el de final de escala.
4.1.7.7.3 ERROR RELATIVO PORCENTUAL
Su cálculo se obtiene de la siguiente forma:
ER%=(E ¿¿AB∗100)/V R ¿
Siendo:
ER% = Error relativo porcentual.
EAB = Error absoluto.
V R = Valor real.
4.1.7.7.4 ERROR RELATIVO AL FINAL DE ESCALA
Su cálculo es también un porcentaje, en este caso referido al fondo de
escala.
ERFE=(EAB∗100)/V FE
Siendo:
ERFE = Error relativo al fondo de escala.
EAB = Error absoluto.
V FE = Valor del fondo de escala.
4.1.7.8 CLASES DE PRECISION
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L
N
V V
Mediante el error relativo al final de escala se puede establecer la clase
de precisión del instrumento de medida, de tal forma que, tonando cono
error absoluto el máximo error posible de la escala, se obtiene un número,
cuanto más bajo es este, mayor precisión poseerá el instrumento en
cuestión.
A continuación se expone una tabla con las clases de precisión que se
pueden valorar en un instrumento de medida, así como sus aplicaciones
más usuales.
CLASE APLICACIONES MAS USUALES
0,1 Instrumentos de gran precisión. Laboratorios
0,2 Instrumentos de gran precisión. Laboratorios
0,5 Instrumentos de precisión. Laboratorios
1 Instrumentos de medida portátil. Servicios técnicos
1,5 Instrumentos de medida portátil. Servicios técnicos
2,5 Instrumentos indicadores de cuadros.
5 Instrumentos indicadores de cuadros.
4.1.7.9 MEDIDA MEDIANTE INSTRUMENTOS
Tanto la unidad cono los múltiplos y submúltiplos de las diferentes
unidades de tensión, intensidad, potencia y resistencia ya se han
estudiados en el transcurso de los 4 semestres de la carrera de ingeniería
eléctrica, por lo que aquí solo se va a incidir en la conexión de los
diferentes instrumentos que dan lectura a estas medidas.
4.1.7.10 CONEXIÓN DEL VOLTIMETRO
El voltímetro mide la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos,
realizándose su conexión en paralelo entre dichos puntos.
Figura 4.7
22
A
V
L
N
4.1.7.11 CONEXIÓN DEL AMPERIMETRO
Las puntas de prueba del amperímetro se intercalaran en una línea del
círculo por el que se desea medirla intensidad que pasa por el mismo.
Una vez conectado se cerrara el circuito dando paso a la corriente que
será leída por el instrumento.
4.1.7.12 CONEXIÓN DEL WATIMETRO.
La mayoría de los circuitos alimentados en C.A. están constituidos por
resistencias (la propia resistividad del conductor) y bobinas (bobinas de
motores, contactares, etc.). En algunas ocasiones el circuito también
puede estar compuesto por condensadores.
En un circuito alimentado por C.A. y compuesto por resistencia y bobina
existe un consuno de energía eléctrica que se transforma en calor, debido
a la resistencia. En la bobina se producen cargas y descargas de energía
en forma de campo magnético, por lo que en el circuito existen diferentes
tipos de potencias.
Potencia activa: Es la que se transforma en calor, pudiéndose decir
que es la potencia que realmente se consume en el circuito, es la
que debe aportar el generador. Se mide con el vatímetro y su
unidad de medida es el vatio (W).
Potencia reactiva: Es la potencia con la que se carga y descarga
constantemente la bobina. Es una potencia que no se consume y
se intercambió entre el generador y la bobina, por lo que existe una
Figura 4.8
23
A
V
corriente extra que circula por los conductores. Su unidad medida
es el volt-amperio reactivo (VAR).
Potencia aparente: es la potencia total transportada por los
conductores que alimentan el circuito, por tanto es la suma
vectorial de la potencia activa y la reactiva. Suele representarse por
S y su unidad de medida es el volt-amperio (VA).
La medida de la potencia del elemento consumidor suele realizarse
mediante el vatímetro electrodinámico o analógico (de bobina móvil). Este
está compuesto por dos circuitos medidores: el Amperimétrico conectado
en serie con el circuito y que posee una resistencia muy baja, el
Voltimétrico conectado en paralelo con una resistencia muy elevada. El
instrumento consta de cuatro bornes, dos de ellos servirán para medir la
tensión presente en el circuito y los otros dos se intercalaran en uno de
los conductores para medir la intensidad de corriente que circula.
4.1.7.13 CONEXIÓN DEL COSFIMETRO
El cosfímetro es un instrumento destinado a medir el factor de potencia en
una instalación.
El sistema de medida de este tipo de cosfímetro está basado en un
convertidor de ángulo de fase a C.C. de función lineal. Posee circuitos
Voltimétricos y Amperimétricos, siendo su conexionado similar al de un
vatímetro.
Figura 4.9
24
Este tipo de cosfímetro es el más extendido en la industria, aunque
actualmente ya se fabrican cosfímetro digitales.
4.1.7.14 POLÍMETRO O MULTÍMETRO
Se trata de un instrumento de medida que puede utilizarse para
medir tensiones, e intensidades, tanto en continua como en alterna,
así como resistencias. Con algunos multímetros, es posible realizar
también medidas de la capacidad de un condensador.
Hoy en día la mayor parte de las medidas eléctricas en un
laboratorio se realizan haciendo uso de los multímetros, debido sobre
todo a su precisión, la comodidad de obtener medidas digitales, y el
hecho de que se puede usar tanto para tensiones como para
intensidades.
A este respecto es necesario tener en cuenta que la medida de
ambas magnitudes con el multímetro debe realizarse como se indicó
para el caso del voltímetro y el amperímetro (voltaje en paralelo, corriente
en serie). El multímetro tiene un terminal común, indicado con el signo de
tierra, que sirve para realizar ambas medidas, pero el positivo para la
medida del voltaje y de la corriente son distintos. Dado que entre
ambos terminales la resistencia es prácticamente despreciable en el
Figura 4.10
25
caso de las medidas de corriente, es muy importante tener cuidado de no
realizar medidas del voltaje teniendo las puntas de prueba conectadas a
los terminales de corriente, ya que debido a esta baja resistencia
circularía por el multímetro una corriente muy grande, que podría dañar
el aparato. Aunque la mayoría de ellos están protegidos con un
fusible, que corta la corriente rápidamente en el caso de que ésta alcance
un valor elevado, aun así es fundamental observar la precaución antes
mencionada.
4.2. MARCO HISTÓRICO
La Universidad Técnica Estatal de Quevedo (UTEQ), se encuentra
ubicada en Quevedo, ciudad central y capital económica de la Provincia
de Los Ríos.
Nuestra prestigiosa institución se inició el 22 de enero de 1976, como
Extensión Universitaria con la carrera de Ingeniería Forestal e Ingeniería
Zootécnica, dependiente de la Facultad de Ciencias Agropecuarias de La
Universidad "Luís Vargas Torres" de Esmeraldas. Fuimos creados como
Universidad Técnica Estatal de Quevedo mediante Ley de la República
del 26 de enero de 1984, publicada en el Registro Oficial No. 674 del 1 de
Febrero de 1984.
Nuestra Universidad nace con la creación de la Facultad de Ciencias
Agropecuarias, y sus Escuelas de Ingeniería Forestal, Ingeniería
Zootécnica, y las Tecnologías en Manejo de Suelo y Agua y Mecanización
Agrícola; luego, con el transcurrir del tiempo se crea la Facultad de
Zootecnia.
Posteriormente, son creadas la Escuela de Ingeniería en Administración
de Empresas Agropecuarias y las Tecnologías Agrícola, Agroindustrial y
Topografía Agrícola. Además de las anteriores, también se crean las
escuelas de Computación, Banca y Finanzas, Ventas y Microempresas.
En la actualidad el nombre de estas últimas fueron modificadas, dando así
la creación de la Facultad de Ciencias Empresariales con sus cuatro
escuelas:
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Escuelas de Informática, Escuela de Economía y Finanzas, Escuela de
Mercadotecnia y la Escuela de Gestión Empresarial.
Como también se crea la Facultad de Ciencias de la Ingeniería, a la cual
pertenecemos como Escuela de Ingeniería Eléctrica, además actualmente
nuestra institución cuenta con la Unidad de Estudios a Distancia (UED), el
Centro de Idiomas Extranjeros (CEDI), la Unidad de Posgrado, un Instituto
de Informática, una extensión universitaria en la ciudad de la Maná,
provincia de Cotopaxi, y diversas oficinas de apoyo en varios cantones
dentro y fuera de nuestra provincia.
4.3. MARCO ESPACIAL.
Este proyecto se llevóacabo en la Universidad Técnica Estatal De
Quevedo de la Ciudad de Quevedo Provincia Los Ríos, facultad de las
ciencias de la ingeniería, escuela de ingeniería eléctrica, instituto de
informática, en laboratorio eléctrico y electrónico.
4.4. MARCO TEMPORAL.
Este proyecto se realizó desde el mes de noviembre del 2012 hasta el
mes de marzo del 2013.
4.5. MARCO CONCEPTUAL.
Disipación:La disipación de energía se logra mediante la introducción de
dispositivos especiales en una estructura, con elfin de reducir las
deformaciones y esfuerzos sobre ella.Estos dispositivos reducen la
demanda de deformación y esfuerzos producidos por el sismo mediante
elaumento del amortiguamiento estructural. Como resultado los esfuerzos
inducidos por el sismo en la estructurapueden ser hasta un 50% menores
que los correspondientes a la estructura sin disipadores,
reduciendosustancialmente las incursiones inelásticas (daño) de la
estructura.
Desfase:El desfase entre dos ondas es la diferencia entre sus dos fases.
Habitualmente, esta diferencia de fases, se mide en un mismo instante
para las dos ondas, pero no siempre en un mismo lugar del espacio.
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Oposición:Oposición (del latínoppositio) es la acción o efecto de
oponerse. Posición de una cosa enfrente de otra. Contraste entre dos
cosas contrarias.
Polaridad: En Ingeniería eléctrica se denomina polaridad a la cualidad
que permite distinguir cada uno de los terminales de una pila, batería u
otras máquinas eléctricas de corriente continua. Cada uno de estos
terminales llamados polos puede ser positivo o negativo.
Antes del descubrimiento de que la corriente eléctrica es un flujo de
portadores de carga eléctrica, que en los metales son electrones y
circulan desde el polo negativo o cátodo al positivo o ánodo, ésta se
definió como un flujo de cargas positivas y se fijó el sentido convencional
de circulación de la corriente como un flujo de cargas desde el polo
positivo al negativo.
Fusibles: En electricidad, se denomina fusible a un dispositivo,
constituido por un soporte adecuado, un filamento o lámina de un metal o
aleación de bajo punto de fusión que se intercala en un punto
determinado de una instalación eléctrica para que se funda, por Efecto
Joule, cuando la intensidad de corriente supere, por un cortocircuito o un
exceso de carga, un determinado valor que pudiera hacer peligrar la
integridad de los conductores de la instalación con el consiguiente riesgo
de incendio o destrucción de otros elementos.
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5. DATOS TÉCNICOS DESCRIPTIVOS Y DESARROLLO.
Lo que se propone hacer se compone de dos etapas:
5.1. Elanálisis de los instrumentos de medidas.
5.2. Implantación de los instrumentos de medidas.
5.1. El Análisis De Los Instrumentos De Medidas:
En esta primera etapa nos encargamos de investigar, observar, analizar
los distintos aparatos de medidas que existen en el mercado realizando
un estudio detallado de cada uno de los aparatos eléctricos que ofrecen
distintas empresas ver, una vez recolectada la información procedemos a
realizar la elección de los instrumentos que más convengan tanto en
calidad como en precio.
5.2. La Implantación De los instrumentos:
Esta segunda etapa comprende la implantación de los instrumentos de
medida que se eligieron en la etapa anterior, conectándolos al módulo de
redes eléctricas de corriente alterna que se encuentra en el laboratorio,
que nos serviráde ahora en adelante a todos los estudiantes de la carrera
de ingeniería eléctrica.
Esta implementación se realizara con las siguientes especificaciones:
Al banco de redes eléctricas de corriente alterna se le adaptara un módulo
medición fijo en el que constaran los instrumentos de medidas eléctricas
los cuales son: voltímetro, amperímetro, cosfimetro y watimetro ver anexo
(13.1.).
Donde la construcción de dicho módulose detallara a continuación.
5.2.1. Estructura metálica:
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La estructura Metálica de 1,70 x 0,60 m. realizado con tubo rectangular de
1.2 mm de Acero pintado con anticorrosivo negro.
5.2.2. Módulo de mediciones eléctricas.
Módulo construido de madera de MDF Tropicalizado de 18 mm de
espesor con medidas de 1.70 x 0.60 m. con una superficie recubierto de
moqueta negra y filos de aluminio de 1x 1/8 pulgada de color negro; dicho
módulo consta de tres voltímetros analógicos de 96x96 mm 300V AC
CAMSCO CP-96V/30, tres amperímetros directo analógicos de 96X96
mm 20A CSC , un cosfimetro analógico de 96X96 mm 220V CAMSCO y
un watimetro digital de 96X96 mm 10A-8KA/50-600V.
Una vez recubierta la madera colocado sus filos de aluminio se procedió a
realizar las respectivas perforaciones para dejar empotrado los
instrumentos de medidas eléctricas así mismo también se realizó las
perforaciones para los Jack a utilizar en cada instrumento dependiendo de
cuanto se utilicen en cada uno de ellos de acuerdo a las condiciones del
fabricante.
Para la conexión de cada voltímetro se conectaran dos JACK bananas de
seguridad CAMSCO los mismos que serán conectados a los terminales
del voltímetro con cable número 14 flexible INC de 2000V utilizando los
terminales correspondientes, como son tres voltímetros se utilizaran seis
Jack ver anexo (13.3.1.).
Para la conexión de cada amperímetro se conectaran dos JACK bananas
de seguridad CAMSCO los mismos que serán conectados a los
terminales del amperímetro con cable número 14 flexible INC de 2000V
utilizando los terminales correspondientes, como son tres amperímetros
se utilizaran seis Jack ver anexo( 13.3.2.).
Para la adaptación del cosfimetro se utilizara un transformador de
corriente 30/5A CAMSCO para proteger el equipo usamos un fusible CSC
10x38 01AMP CAMSCO ubicado dentro de una Base p/fusible legrand 1P
10X38 800V, para la conexión de dicho instrumento se conectaran 6
30
JACK bananas de seguridad CAMSCO los mismos que serán conectados
a los terminales del cosfimetro con cable número 14 flexible INC de
2000V utilizando los terminales correspondientes, ver anexo (13.3.3.).
Para la adaptación del watimetro se utilizaran dos transformador de
corriente 30/5A CAMSCO para proteger el equipo usamos tres fusibles
CSC 10x38 01AMP CAMSCO ubicado dentro de tres Base p/fusible
legrand 1P 10X38 800V respectivamente, para la conexión de dicho
instrumento se conectaran 12 JACK bananas de seguridad CAMSCO los
mismos que serán conectados a los terminales del cosfimetro con cable
número cable 12 flexible automotriz X MT utilizando los terminales
correspondientes, ver anexo(13.3.4.).
Se realizó la elaboración de 18 conectores utilizando los PLUGS banana
de seguridad apilable rojo y negro CAMSCO, conectándolos con cable
número 14 flexible INC de 2000V a diferentes medidas de longitud.
Para la señalización del módulo se realizó 4 plaquetas de aluminio
grabados con las siguientes descripciones: voltímetros, amperímetros,
cosfimetro, watimetro, así mismo se realizaron 4 plaquetas de aluminios
graficadas en ellas la simbología para la utilización correcta de cada
instrumento de medida y recubiertas con papel contac lancer para mayor
duración, dichas plaquetas se implantaran en el módulo con pernos para
una mejor aseguración.
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6. DESARROLLO DE LA PRACTICA
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7. RECURSOS Y PRESUPUESTOS
7.1. Tabla de presupuesto del módulo.
PRESUPUESTO DEL MODULO
CANTD UNID DESCRIPCION P.UNIT P.TOTAL3 U Voltímetro 96x96mm 300V AC CAMSCO CP-96V/30 $ 11,24 $ 33,723 U Amperímetro directo 96x96mm 20A CSC $ 11,83 $ 35,491 U Cosenofimetro 96x96mm 220V CAMSCO $ 37,21 $ 37,21
18 U JACK banana de seguridad negro CAMSCO $ 0,94 $ 16,9218 U JACK banana de seguridad rojo CAMSCO $ 0,94 $ 16,9218 U PLUG banana de seguridad apilable rojo CAMSCO $ 1,10 $ 19,8018 U PLUG banana de seguridad apilable negro CAMSCO $ 1,10 $ 19,803 U Transformadores de corriente 30/5A CAMSCO $ 12,17 $ 36,524 U Base p/fusible legrand 1P 10X38 800V $ 2,52 $ 10,08
10 U CSC fusible 10x38 01AMP CAMSCO $ 0,65 $ 6,501 U KM-96-KW3 medidordig. 96x96mm 10A-8KA/50-600V $ 77,86 $ 77,862 M Moqueta negra $ 16,60 $ 16,601 U Madera MDF 18m 1.70x0.60m $ 21,70 $ 21,70
25 M Cable 14 flexible INC $ 0,45 $ 11,2511 M Cable 12 flexible automotriz X MT $ 0,64 $ 7,001 U Angulo 1x1/8 $ 7,00 $ 7,001 U Disco de corte 4 1/2 $ 1,30 $ 1,301 U Cemento contacto 1/4 ARFLIC $ 0,90 $ 0,901 U Foco 60 SYLVANIA $ 0,85 $ 0,85
40 U Terminales $ 0,15 $ 6,0036 U Terminales tipo U $ 0,15 $ 5,4030 U Amarras de cables eléctricos $ 0,02 $ 0,601 U Riel DINC Y pernos $ 2,30 $ 2,301 U Estaño y pasta para soldar $ 2,00 $ 2,001 U Tubo de acero de 1 1/2 pulgada $ 5,00 $ 5,001 U Rollo contac lancer x3m $ 1,57 $ 1,571 U Stadtler CD P/F NEG 318-9 $ 2,75 $ 2,754 U PLAQUETAS DE ALUMINIOS grabadas $ 2,00 $ 8,009 U Plaquetas de aluminios $ 1,00 $ 9,004 U Focos $ 4,50 $ 18,00 Costos de movilización $ 68,00 Costos de comunicación $ 16,10 Costos de mano de obra para la elaboración $ 23,00 Gastos varios $ 32,75
TOTAL $ 577,89
7.2. Tabla total del presupuesto del P.I.
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PRESUPUESTO DEL PROYECTO INTEGRADOR
DESCRIPCION UNIDAD CANTID P.UNIT P.TOTAL
PRESUPUESTO EN EL MODULO - - - $ 577,89
MATERIALES DE ESCRITORIO Varios - - $ 8,00
IMPRESIONES A COLOR Hojas 17 $ 0,35 $ 5,95
IMPRESIONES BLANCO Y NEGRO Hojas 45 $ 0,10 $ 4,50
GASTOS VARIOS - - - $ 15,00
TOTAL $ 611.34
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8. Cronograma de actividades.
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9. RESULTADOS
Se identificó los tipos de dispositivos de medidas de parámetros
eléctricos existentes en el mercado los cuales son voltímetro,
amperímetro, cosfimetro y watimetro.
Una vez seleccionados los dispositivos de medidas de parámetros
eléctricos, se procedió a diagnosticar los complementos
necesarios para instalarlos entre los cuales tenemos
transformadores de corriente, Jack, cable # 12 y 14 para las
conexiones respectivas, los terminales y los fusibles para proteger
los instrumentos más delicados que son el cosfimetro y el
watimetro, ver anexo (13.2.).
Se implementó los dispositivos de medidas de parámetros
eléctricos ver anexo (13.3.) y sus complementos adaptándole al
módulo de redes eléctricas de corriente alterna un tablero adicional
en la parte superior, además se realizó la señalización en
plaquetas de aluminio, ver anexo (13.1.)
Se realizó las mediciones reales de voltaje, corriente, y potencia
armando el circuito en el módulo y utilizando los instrumentos de
medidas de parámetros eléctricos ya instalados.
Al realizar la práctica relaciónanos los valores teóricos y prácticos
obteniendo como resultado un margen de error existente entre
ellos.
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10. CONCLUSIONES.
Una vez realizado el módulo de mediciones eléctricas concluimos que:
La importancia de los instrumentos eléctricos de medición es
incalculable, ya que mediante el uso de ellos se miden e indican
magnitudes eléctricas como corriente, carga, potencial y energía, o
las características eléctricas de los circuitos: la resistencia, la
capacidad, la capacitancia y la inductancia.
los instrumentos de medición permiten localizar las causas del mal
funcionamiento de algún circuito eléctrico en el cual no es posible
apreciar físicamente su mal funcionamiento, por tanto, la
información que proporcionan los instrumentos de medición
eléctrica se da normalmente en una unidad eléctrica estándar tales
como los ohmios, voltios y los amperios.
El estudiante de ingeniería eléctrica podrá asentar sus bases
teóricas en cuanto a la medición de parámetros eléctricos.
Las clases de circuitos eléctricos se tornaran interesantes e
incentivaran en el estudiante curiosidad y fomentara el deseo de
saber ya que no solamente será teoría si no también dichos
conocimientos adquiridos en su instancia se llevaran a cabo en la
práctica.
El presente módulo de mediciones eléctricas adaptado al módulode
redes eléctricas de corriente alternafortalecerá nuestra Escuela de
Ingeniería Eléctrica haciéndola atractiva para futuros estudiantes.
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11. RECOMENDACIONES.
Una vez explicadas las soluciones para el presente proyecto, se
mostraran algunas recomendaciones que se pueden seguir a fin de que
las soluciones planteadas sean mucho más sostenibles en el tiempo.
Antes de utilizar el módulode mediciones eléctricas, quien fuera
que lo manipule, debe leer el manual del usuario existente del
módulo de redes eléctricas de corriente alterna así mismo como las
señalizaciones ubicadas en el módulo de mediciones eléctricas que
explican la correcta utilización de cada instrumento de medidas de
parámetros eléctricos.
Incluir el presente modulo dentro de los activos de la Escuela de
Ingeniería Eléctrica para que reciban su respectivo mantenimiento
preventivo.
Supervisar la utilización del módulo para evitar daños que se
puedan ocasionar durante la utilización del mismo cuidando así la
integridad física de los estudiantes.
Siempre se debe de seguir las condiciones del fabricante para la
instalación de todo instrumento de medidas.
Proponer la continuidad de este tipo de proyectos a los
compañeros de la Escuela de Ingeniería Eléctrica con el fin de
implementar nuestro laboratorio de eléctrica.
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12. BIBLIOGRAFÍA
GOODE, William Y HATT, Paul. Métodos de investigación social,
México, Editorial Trillas, 1967.
AGUILAR, Manuel, Investigación científica, Editorial del ministerio
de educación, Quito, 1978.
12.1. LINKOGRAFIA
http://blog.espol.edu.ec/crielectric/2011/06/
http://www.controlfr.com/marcas/saci/Analogicos.pdf
http://es.wikipedia.org/wiki/Carga_el%C3%A9ctrica
http://www.demaquinasyherramientas.com/herramientas-de-
medicion/amperimetros-tipos-y-usos
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13. ANEXOS
13.1. Banco de redes eléctricas de corriente alterna.
Vista frontal del modulo
Vista posterior del modulo
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13.2. Complementos utilizados para la instalación de los equipos.
VOLTIMETRO AMPERIMETRO
WATIMETRO COSFIMETRO
PLUGS JACKFUSIBLE
BASE PORTAFUSIBLETERMINALES
TRANSFORMADORES DE CORRIENTE
CALE # 12 Y 14
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13.3. Implementación de los equipos.13.3.1. Voltímetros.
13.3.2. Amperímetros.
13.3.3. Watimetro.
Vista frontal Vista posterior
Vista frontal Vista posterior
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13.3.4. Cosenofimetro.
13.4. Fotografías.
Vista frontal Vista posterior
Vista frontal Vista posterior
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