INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA INDUSTRIAL

LABORATORIO INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

PRACTICA N°2INSTRUMENTOS Y NORMAS EN EL LABORATORIO DE

INGENIERIA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA.

ALUMNOS:COLÍN VARELA EDUARDO

FLORES ZEPEDA CHRISTIAN YAIRMELÉNDEZ TÉLLEZ EMMANUELRANGEL ÁLVAREZ FERNANDO

SERRANO TORRES ANDREA

PROFESORES:SANDRA G. VILLANUEVA FUNEZ

DORA MARIA TREJO RUBIO

GRUPO 2IM36EQUIPO: 5

OBJETIVO GENERAL.

El alumno conocerá o reafirmará prácticamente sus conocimientos y habilidades en el uso y manejo de las fuentes de energía e instrumentos de medición del laboratorio de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, así como las normas de seguridad que deberá cumplir.

INTRODUCCIÓN TEORICA.

INSTRUMENTOS DE MEDICION.

Se entiende por medición de un sistema eléctrico a la operación de un conjunto de diferentes aparatos conectados a los secundarios de los transformadores de instrumentos de corriente y potencial, que miden las magnitudes de los diferentes parámetros eléctricos de las instalaciones de alta y baja tensión, así como de los dispositivos auxiliares de la subestación de que se trate.

En un sistema eléctrico es importante conocer; la corriente, la tensión, frecuencia, F.P., potencia activa y reactiva, temperatura, etc.

Es recomendable definir las zonas de medición las cuales son encaminadas para indicar los parámetros antes mencionados.

Amperímetro Voltímetro

¿Qué son y para que se utilizan los equipos de medición?

La realización de los estudios para conocer el estado de las instalaciones eléctricas requiere de un análisis en el lugar que arroja los resultados de las mediciones y emite procedimientos para la prevención, identificación y resolución de estos problemas en los sistemas de potencia.

Esto se debe gracias a la tecnología disponible para el control y actualización de sistemas de potencia que nos provee de las siguientes ventajas:

1. Reducción de riesgos

2. Reducción de esfuerzos de Ingeniería

3. Mucho mayor eficiencia durante y después de los procesos

Existen diferentes perturbaciones en las redes eléctricas de distribución, entre las más usuales tenemos: variaciones de voltaje, sobre tensiones transitorias, interrupciones de energía, ruido eléctrico (interferencias) y distorsiones armónicas.

El mantenimiento preventivo en instalaciones de equipos de protección y de control es parte de las herramientas que pueden utilizarse para poder conservar un sistema de potencia, así como para tener un uso eficiente de la energía eléctrica.

Ampérmetros.

Son aparatos para medir la intensidad de corriente que circula por las líneas, cables, bancos de transformadores, alimentadores, etc.

Pueden ser de tipo electromagnético, electrodinámico o digital. Los dos primeros se basan en el principio de repulsión de dos imanes de igual polaridad, el tercero utiliza un circuito electrónico y en lugar de escala utilizan números luminosos formados por diodos emisores de luz.

Los aparatos electromagnéticos son más económicos que los otros, pueden utilizarse en corriente directa o alterna, aunque para evitar ligeros errores de lectura, conviene adquirirlos para el tipo de corriente adecuado.

Estos aparatos se llegan a utilizar para medir hasta 300 A. Para valores de corriente superiores se utilizan los aparatos de 5A, con transformadores de corriente.

En conexiones trifásicas debe conectarse un ampérmetro por fase. En caso de existir la seguridad de que las cargas son balanceadas, se puede usar únicamente

un aparato en cualquiera de las fases. Cuando las instalaciones son grandes, se acostumbra usar un solo ampérmetro por circuito trifásico, efectuándose las lecturas de cada fase a través de un conmutador de ampérmetro de tres vías.

Vóltmetros

Son aparatos que miden la tensión en volts, de los diferentes circuitos de una instalación.

Los vóltmetros se pueden utilizar para medir directamente hasta 800 V. Para magnitudes mayores sus bobinas son de 110V y la medición se efectúa a través de un transformador de potencial, con secundario de 110V.

En los circuitos trifásicos se acostumbra usar un solo vóltmetro, que por medio de un conmutador de tres vías permite leer las tensiones entre cada par de fases de la instalación.

Frecuencímetros

Se usan para medir la frecuencia, en hertz, de la energía que se recibe en las barras de mayor tensión en un sistema eléctrico, y reciben alimentación a 110V, proveniente de los transformadores de potencial, de los buses principales.

Estos aparatos pueden ser de dos tipos:

1. De lengüetas vibrantes.

El tipo de lengüeta o electromagnético esta formado por 21 pequeñas laminillas y cada una vibra a su frecuencia natural, propia e invariable, de tal manera que cubran las gamas de 45 a 55 Hz, o de 55 a 65 Hz, según se a la frecuencia del sistema.

El aparato en si, es un dispositivo que al someterse a una tensión de corriente alterna produce vibración en la lengüeta, cuya frecuencia natural coincide con la frecuencia de la señal de tensión.

2. De aguja

El frecuencímetro tipo aguja o convencional es más caro, pero permite obtener una lectura con mayor precisión.

Medidores del factor de potencia

Son aparatos que sirven para medir el factor de potencia; llevan una bobina de tensión y otra de corriente; la desviación de la aguja es proporcional al ángulo de fase, y como las lecturas de la escala no se refieren a los ángulos sino al coseno de ellos, la escala de lecturas no es uniforme, siendo las divisiones menores a medida que disminuye el coseno del ángulo de fase.

Algunos medidores de factor de potencia tienen en su escala dos sentidos a partir de cos Ø = 1, en que la aguja esta en 1 centro. Hacia la derecha se mide el adelanto de fase y hacia la izquierda, el atraso.

El factor de potencia es la relación entre la potencia activa (en watts, W), y la potencia aparente (en volts-amperes, VA) y describe la relación entre la potencia de trabajo o real y la potencia total consumida.

El factor de potencia esta definido por la siguiente ecuación:

El FP expresa en términos generales, el desfasamiento o no, de la corriente con relación al voltaje y es utilizado como indicador del correcto aprovechamiento de la energía eléctrica, el cual puede tomar valores entre 0 y 1 siendo la unidad (1) el valor máximo de FP y por tanto el mejor aprovechamiento de energía.

Wáttmetros

La medición de la potencia se efectúa mediante aparatos del tipo electrodinámico, formados por dos bobinas, una de corriente conectada en serie y la otra de tensión conectada en paralelo sobre la medición monofásica.

La carátula mide la potencia real en watts, de acuerdo con la expresión VI cos Ø.

En este aparato, llamado wáttmetro, el campo magnético creado por la bobina fija, la de corriente reacciona con el campo creado por la bobina móvil, la de tensión, sobre la cual está fijada la aguja indicadora.

Para la medición trifásica se pueden utilizar dos wáttmetros monofásicos, con sus discos conectados a un mismo eje, debido a lo cual los pares de cada disco se suman algebraicamente y la lectura resultante es la magnitud de la potencia total.

Vármetros

Son aparatos semejantes a los wáttmetros, con la diferencia de que miden la potencia reactiva de una instalación, la cual expresa en volt-amperes-reactivos

(VAR). Cuando se conocen los valores de las potencias activa (Pa) y reactiva (Pr) se puede calcular la magnitud del factor de potencia, mediante la fórmula

Pa

cosφ=

Pa2 +Pr2

Triangulo de Potencias Eléctricas

Multímetro.

Un multímetro, a veces también denominado polímetro o tester, es un instrumento pque puede ser del tipo analógico o electrónico, dicho instrumento puede combinar varias funciones en una sola unidad. Las más comunes son las de voltímetro, amperímetro y ohmetro.

Es utilizado frecuentemente por personal de reparaciones en toda la gama de electrónica y electricidad. Existen distintos modelos que incorporan funciones básicas como:

* Un comprobador de continuidad, que emite un sonido cuando el circuito bajo prueba no está interrumpido o la resistencia no supera un cierto nivel.

(También puede mostrar en la pantalla 00.0, dependiendo el tipo y modelo).

MULTIMETRO DIGITAL

* Presentación de resultados mediante dígitos en una pantalla, en lugar de lectura en una escala.

* Amplificador para aumentar la sensibilidad, para la medida de tensiones o corrientes muy pequeñas o resistencias de muy alto valor.

* Medida de inductancias y capacitancias.

* Comprobador de diodos y transistores.

* Escalas y zócalos para la medida de temperatura mediante termopares normalizados.

MULTIMETRO ANALOGICO.

Más raramente se encuentran también multímetros que pueden realizar funciones más avanzadas como:

* Generar y detectar la Frecuencia intermedia de un aparato, así como un circuito amplificador con altavoz para ayudar en la sintonía de circuitos de estos aparatos. Permiten el seguimiento de la señal a través de todas las etapas del receptor bajo prueba.

* Realizar la función de osciloscopio por encima del millón de muestras por segundo en velocidad de barrido, y muy alta resolución.

* Sincronizarse con otros instrumentos de medida, incluso con otros multímetros, para hacer medidas de potencia puntual ( Potencia = Voltaje * Intensidad ).

* Utilización como aparato telefónico, para poder conectarse a una línea telefónica bajo prueba, mientras se efectúan medidas por la misma o por otra adyacente.

* Comprobación de circuitos de electrónica del automóvil.

Medidor de Energía

Los kWh se miden por integración de la demanda a lo largo del tiempo. Los medidores mecánicos llevan a cabo esta integración por medio de un sistema de relojería que va desplazando unos engranes con indicadores durante el periodo de consumo.

Los medidores electrónicos hacen el equivalente por medio de manejo de información. En este caso también es posible medir el consumo en diferentes periodos del día.

MATERIAL UTILIZADO.

1. Multímetro Digital (debe incluir las funciones para medir los parámetros de corriente y voltaje en modo de corriente alterna y directa o continua).

2. Cautín tipo lápiz de 127 volts a 40 watt o mayor. 3. Resistores (Todos los resistores para una potencia de 2 watts):

Tres resistencias de 100 ohm Dos resistencias de 220 ohm Dos resistencias de 330 ohm Dos resistencias de 680 ohm Dos resistencias de 1000 ohm; (1KΩ) Dos resistencias de 1500 ohm; (1.5 KΩ) Dos resistencias de 2200 ohm; (2,2 KΩ) Dos resistencias de 4700 ohm; (4,7 KΩ) Dos resistencias de 10000 ohm; (10 KΩ)

4. Doce Zapatas de baquelita con tornillo, tuerca y rondana para fijarlas en la tabla de perfocel.

5. Una Tabla de perfocel de 40 x 40 cm. 6. Diez Cables caimán-caimán (de color rojo).7. Diez Cables caimán-caimán (de color negro).8. Diez Cables Banana-banana, (tipo escalables).9. Diez Cables Caimán-Banana (tipo escalable). 10.Un rollo de Soldadura 60/40 (estaño-plomo), de 1 mm de diámetro.11.Una Pinza de Electricista12.Una Pinzas de Punta13.Una Pinzas de Corte Diagonal14.Un Desarmador Plano 15.Un Desarmador de Cruz

DESARROLLO EXPERIMENTAL.

DESARROLLO EXPERIMENTAL

1. COLOCAR EL MULTIMETRO EN MODO

OHMETRO

2. MEDIR LAS RESISTENCIAS QUE NOS

PIDEN

3. SE COLOCA EL MULTIMETRO PARA MEDIR AMPERES EN

CORRIENTE CONTINUA

4. FORMA EL CIRCUITO QUE NOS PIDEN.

5. MEDIR LA INTENSIDAD EN CADA UNA DE LAS

RESISTENCIAS DEL CIRCUITO.

6. COLOCAR EL MULTIMETRO PARA

MEDIR LOS VOLTS EN CORRIENTE CONTINUA

7. MEDIR EL VOLTAJE EN CADA UNA DE LAS RESISTENCIA DEL

CIRCUITO.

8. HACER EL CIRCUITO EN PARALELO COMO NO LOS

PIDEN EN EL MANUAL.

9. MEDIR EL VOLTAJE Y LA INTENSIDAD DEL

CIRCUITO EN CADA UNA DE LAS RESISTENCIAS.

10. SE VUELVEN A REPETIR LOS PASOS PERO AHORA PARA CORRIENTE

ALTERNA.

CALCULOS

Experimento 1: Experimento no. 1. Lea los valores de las resistencias, después mídalas para comprobar su valor y llene la siguiente tabla:

Tabla1 : Medición de resistencia

RESISTENCIA VALOR TEORICO VALOR EXPERIMENTAL

R1 1000Ω 985 ΩR2 4700 Ω 4710 ΩR3 2200 Ω 2200 ΩR4 1500 Ω 1499 ΩRT 9400 Ω 9394 Ω

Experimento 2:

Tabla 2 : Medición de los parámetros eléctricos en corriente directa

RESISTENCIA VOLTAJE TEORICO

VOLTAJE EXPERIMENTAL

CORRIENTE TEORICA

CORRIENTE EXPERIMENTAL

R1 = 1000Ω 1.276 1.27 1.276X10-3 1.67X10-3R2 =4700Ω 5.9972 6.03 1.276X10-3 1.67X10-3R3 = 2200Ω 2.8072 2.76 1.276X10-3 1.67X10-3R4 = 1500Ω 1.914 1.79 1.276X10-3 1.67X10-3RT = 9400Ω 12 11.97 1.276X10-3 1.67X10-3

RT = 1000Ω + 4700Ω + 2200Ω + 1500Ω = 9400Ω

IT = VtRteq

= 12V

9400Ω = 1.276x10-3 A IT= I1=I2=I3=I4

V = (I)*(R)

V1=(1.276X10-3A)( 1000Ω)= 1.276 V

V2=(1.276X10-3A)( 4700Ω)= 5.9972 V

V3=(1.276X10-3A)( 2200Ω)= 2.8072 V

V4=(1.276X10-3A)( 1500Ω)= 7.914 V

Experimento 3:

Tabla 3: Medición de los parámetros eléctricos en corriente directa

RESISTENCIA VOLTAJE TEORICO

VOLTAJE EXPERIMENTAL

CORRIENTE TEORICA

CORRIENTE EXPERIMENTAL

R1 = 1000Ω 12 1.195 0.012 0.012R2 =4700Ω 12 1.195 0.00255 0.0025R3 = 2200Ω 12 1.195 0.00545 0.0054R4 = 1500Ω 12 1.195 0.008 0.008RT = 9400Ω 12 1.195 0.02 0.03

VT= V1=V2=V3=V4

IT= I1=I2=I3=I4

I1 = V 1R1

= 12 V1000

=0.0012 A

I2 = V 2R2

= 12 V4700

=0.00255 A

I3 = V 3R3

= 12 V2200

=0.00545 A

I4 = V 4R4

= 12 V1500

=0.008 A

Experimento 4:

Tabla 4 : Medición de los parámetros eléctricos en corriente alterna

RESISTENCIA VOLTAJE TEORICO

VOLTAJE EXPERIMENTAL

CORRIENTE TEORICA

CORRIENTE EXPERIMENTAL

R1 = 1000Ω 1.595 1.490 1.595x10-3 1.250x10-3R2 =4700Ω 7.4965 7.350 1.595x10-3 1.250x10-3R3 = 2200Ω 3.509 3.210 1.595x10-3 1.250x10-3R4 = 1500Ω 2.3925 2.250 1.595x10-3 1.250x10-3RT = 9400Ω 15 14.30 1.595x10-3 1.250x10-3

RTeq = 1000Ω + 4700Ω + 2200Ω + 1500Ω = 9400Ω

IT = VTRTeq

= 15V9400

=1.595 x10−3 A

V = (I)*(R)

V1=(1.595X10-3A)( 1000Ω)= 1.595 V

V2=(1.595X10-3A)( 4700Ω)= 7.4965 V

V3=(1.595X10-3A)( 2200Ω)= 3.509 V

V4=(1.595X10-3A)( 1500Ω)= 2.3925 V

Experimento 5:

Tabla 5 : Medición de los parámetros eléctricos en corriente directa

RESISTENCIA VOLTAJE TEORICO

VOLTAJE EXPERIMENTAL

CORRIENTE TEORICA

CORRIENTE EXPERIMENTAL

R1 = 1000Ω 15 v 14.5 0.0015 A 0.0013R2 =4700Ω 15 14.5 0.003191 0.0029R3 = 2200Ω 15 14.5 0.006818 0.00675R4 = 1500Ω 15 14.5 0.01 0.01RT = 9400Ω 15 14.5 0.03501 0.02095

VT= V1=V2=V3=V4

IT= I1=I2=I3=I4

I1 = V 1R1

= 15V1000

=0.0015 A

I2 = V 2R2

= 15V4700

=0.00319 A

I3 = V 3R3

= 15V2200

=0.006818 A

I4 = V 4R4

= 15V1500

=0.01 A

CUESTIONARIO

a) ¿De qué partes principales consta una fuente?Consta de una serie de circuitos integrados para transformar la corriente que se toma del enchufe y así poder alimentar nuestros circuitos en las prácticas subsecuentes. Las partes que lo componen según la figura mostrada son el interruptor, porta fusible, las terminales para las mediciones y alimentación de los circuitos y las o la perilla de control de la intensidad del voltaje a alimentar.

b) Enumere las fuentes con que cuentaEn este laboratorio se hará uso de dos tipos de fuentes: La de corriente directa que todos conocemos como enchufe y la de corriente alterna que corresponde a la fuente armada en la práctica anterior.

c) ¿Qué tipo de puntas requieren las fuentes? (banana, caimán, etc.)La fuente que estaremos utilizando requiere de puntas banana-banana, caimán- banana para poder llevar a cabo la experimentación teniendo cuidado el utilizar los correctos para cada caso.

d) ¿De qué partes consta un instrumento de medición?

OBSERVACIONES.

En esta práctica observamos que tenemos que fijarnos bien en los pasos a seguir en la construcción del circuito, las puntas del multímetro, y hacer mucho caso a nuestros profesores, que son los que nos dan las indicaciones, la otra cosa que se observó que esta práctica nos lleva a ver la diferencia de la corriente continua y la corriente alterna.

CONCLUSIONES.

Con la práctica se pude ver que debemos tener demasiado cuidado con los materiales que manejamos, porque su funcionamiento es importante, y al pertenecer a un equipo, si no lo cuidamos no se pude trabajar, y eso me afecta y afecta al equipo; otro aspecto importante es la seguridad en el laboratorio, porque hay que saber que la electricidad puede causar muchos accidentes, es por eso que nosotros en nuestra formación debe ser tener cuidado con lo que usamos, como por ejemplo, las puntas del multímetro, el uso debido del multímetro, la fuente reguladora de voltaje, las resistencias, como construir el circuito; otro punto importante es el de hacerle caso a nuestros profesores, que nos dan las indicaciones y nosotros debemos acatarlas por la seguridad de ellos y de nosotros.

Colín Varela Eduardo.

Siguiendo las medidas de seguridad utilizando los cables necesarios para la realización de esta práctica tales como los cables banana-banana caima-banana y el uso adecuado de la fuente al trabajar a una cierta cantidad de voltaje ya sea a corriente alterna o directa, conectando cuidadosamente las puntas del multímetro verificando su polaridad se logró trabajar adecuadamente para la medición de voltaje y corriente tanto alterna como directa utilizando instrumentos que permiten facilitar el trabajo durante la práctica. Además tenemos que cumplir normas de seguridad en el cual implica evitar los cortos circuitos al igual que al concluir una medición de un circuito debemos desconectar para evitar descargas y que la fuente ya no pueda funcionar. Ya adentrando en el experimento se realizó los cálculos para obtener voltaje e intensidades teóricas y al medirlas con el multímetro anotar un voltaje y intensidad y experimenta y existió una corta diferencia con los datos teóricos concluyendo que siguiendo normas y medidas de seguridad se pueden realizar trabajos seguros y eficaces.

Flores Zepeda Christian Yair

Reafirmamos el conocimiento ya adquirido sobre el uso del multímetros, así como el correcto uso de las escalas, el tipo de corriente utilizada (ya sea directa o alterna) y las polaridades.

El multímetro en función de óhmetro para determinar el valor de las resistencias, dependiendo en la forma que estas se encuentren conectadas, serie, paralelo y mixto y que la medición se hace en paralelo con la resistencia. En función de

voltímetro para medir la diferencia de potencial y en función de amperímetro para medir la intensidad de corriente de un circuito

Reafirmamos la importancia de seguir las reglas de seguridad y normas en el laboratorio, como por ejemplo al utilizar el amperímetro y la fuente de corriente directa se deben de realizarlos ajustes en el amperímetro con la fuente apagada, si no se conoce la intensidad de corriente lo mejor es empezar a trabajar con el rango más alto e ir bajando hasta encontrar la escala correcta, para conectar el amperímetro al circuito es necesario abrir línea e insertar el amperímetro conectando lados positivos con positivos y negativos con negativos.

Así como ser conscientes que el material cuesta, y no es de uso exclusivo para una sola persona, y no jugar en el laboratorio, debemos de trabajar en áreas de trabajo limpias, con equipos debidamente protegidos, nuestras herramientas deben de estar guardadas en áreas adecuadas.

Meléndez Téllez Emmanuel

En esta práctica reforzamos los conocimientos en cuanto al uso de nuestros dispositivos y la manera adecuada de realizar mediciones, al igual que medidas de seguridad que se deben cumplir al manejar estos materiales y equipos.

Es muy importante conocer los componentes de nuestro sistema, para saber cómo realizar las mediciones adecuadamente y poder obtener los datos deseados sobre nuestro sistema eléctrico.

En cuanto al uso del multímetro, es muy importante saber que función es para que cosa, elegir el rango correcto y la forma de conectar el mismo para realizar las mediciones. Esto nos sirve para obtener los valores esperados y evitar el daño de nuestro equipo o generar algún accidente.

Rangel Álvarez Fernando

Las normas y los hábitos de seguridad son factores muy importantes a considerar dentro del laboratorio para evitar accidentes.

Conociendo las normas, el material, las herramientas e instrumentos empleados podremos cuidarlo y ocuparlo de forma correcta lo cual evitara perdías, daños y cualquier evento desafortunado.

Los Instrumentos de Medición son los voltímetros, amperímetros y óhmetros, un multímetro nos brinda estas tres funciones.

Un voltímetro mide la diferencia en voltaje entre dos puntos de un circuito eléctrico, debe conectar en paralelo con la porción del circuito sobre el que se quiere realizar la medida.

Un amperímetro mide la corriente eléctrica en amperios, que fluye sobre una rama de un circuito eléctrico. Se debe colocar en serie con la rama a medir.

El óhmetro mide resistencia y también debe ser conectado en series.

Es importante conectar adecuadamente los instrumentos de medición, cuidando polaridades y los rangos de medición.

Serrano Torres Andrea

BIBLIOGRAFÍA.

Allan H. Robbins. (2008). Análisis de circuitos. México, D.F.: Cengage Learning.

Thomas L. Floyd. (2007). Principios de Circuitos Eléctricos. México, D.F.: Pearson.