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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
CENTRO DE ESTUDIOS CIENTÍFICOS Y TECNOLÓGICOS
“CUAUHTÉMOC”
PROTOTIPO
Dispositivos para la medición de los principales
Parámetros eléctricos.
Consistente en un Óhmetro, Ampermetro, Voltmetro,
Resistencias Eléctricas y cables de conexión.
PROFESORES: M en C. Silvia Ochoa Ayala.
Lic. Mario Grajeda Nieto.
M en C. Gumersindo David Fariña López.
ÍNDICE
RESUMEN……..………………………………………………………..…...3
ANTECEDENTES….…………………………………………………..…...3
INTRODUCCIÓN………………………………………………………..…...3
PRESENTACIÓN..……………………………………………………..…...3
ELEMENTOS DE LOS CIRCUITOS…..……………………………...…..4
CARACTERÍSTICAS ESPECÍFICAS……………………………………..5
PRINCIPO DE OPERACIÓN…………………………………….…..……..6
MANTENIMIENTO PREVENTIVO……………………………….…………9
CIRCUITO DE ALIMENTACIÓN……….…………………………...……....11
CIRCUITO DE CONTROL………………………………………….……...13
CIRCUITO DE INVERSIÓN DE GIRO DEL MOTOR………..………….15
PARTES MECANICAS DEL SISTEMA……………………..……………18
MANTENIMIENTO CORRECTIVO…………………………………………..20
PROBLEMAS FRECUENTES Y CAUSAS…………………………..…..22
RESUMEN
El presente manual aborda el desarrollo del Prototipo que se presenta,
el cual busca coadyuvar en la capacitación y adiestramiento de los
estudiantes para que realicen Mediciones de los Principales
Parámetros Eléctricos de manera precisa, practica y segura, el medir
es fundamental casi en toda actividad humana se precisa de poder
cuantificar el tiempo, ya sea de espera, de asistir algún compromiso,
de trasladarnos de un lugar a otro, cuando compramos un producto y/o
alimentos, como puede ser arroz, frijol, lentejas, habas, carne,
debemos saber la cantidad que necesitamos y lo que estamos
pagando por ello, en todos estos ejemplos, medimos, pueden ser
diferentes características, magnitudes, pero de una forma u otra
medimos.
El Técnico en Instalaciones y Mantenimiento Eléctrico como inicio y
parte fundamental en toda su trayectoria o vida profesional debe
determinar con precisión los Parámetros Eléctricos, el saber realizar
correctamente las conexiones del equipo para su adecuado uso es
fundamental.
Palabras clave: Resistencia eléctrica, Voltaje, Intensidad de la
corriente eléctrica, Multímetro, Óhmetro, Ampermetro, Voltmetro y
Mediciones Eléctricas.
ANTECEDENTES
Por medir, tenemos las siguientes definiciones:
1 Determinar el valor de una magnitud.
2 Considerar y calibrar las ventajas o inconvenientes que implica hacer
algo: debemos medir los riesgos antes de decidirnos.
3 Comprobar una habilidad, fuerza o actividad comparándola con otra.
4 Controlar lo que se va a hacer o decir para evitar un mal: mide tus
palabras, que estás hablando con el jefe.
MEDICIONES
MEDIR una magnitud es compararla con otra de una misma especie
que se toma como unidad.
Por ejemplo, si tomo como unidad el volumen de un vaso, puedo
compararlo con el de una cubeta, averiguando cuántos vasos de agua
le caben a la cubeta.
Para medir las diferentes especies de magnitudes es preciso tener
tantas unidades particulares como clases de magnitudes haya que
medir.
Como presentaría grandes desventajas el escoger estas unidades
independientemente unas de otras, de modo arbitrario, se han elegido
por acuerdos internacionales determinados sistemas de unidades.
Para establecer un sistema de unidades, se escogen arbitrariamente
tres unidades principales, llamadas fundamentales y a partir de estas
tres, se deducen o derivan todas las demás, por lo cual reciben estas
últimas el nombre de unidades derivadas.
Sistemas de unidades
SISTEMAS ABSOLUTOS
Toman como unidades fundamentales la longitud, la masa y el tiempo.
Se llaman absolutos porque sus unidades, tomadas del sistema
métrico decimal, son independientes de cualquier otra magnitud física.
SISTEMA M.K.S. ABSOLUTO (Metro, Kilogramo, Segundo).
El nombre del sistema está tomado de las iniciales de sus unidades
fundamentales.
La unidad de longitud del sistema M.K.S. es el metro. Antiguamente se
definía como la diezmillonésima parte del cuadrante del meridiano
terrestre; pero como los meridianos terrestres no son todos de igual
tamaño, se abandonó la anterior definición y se tomó la siguiente
METRO: longitud del espacio recorrido por la luz en el vacío durante
un intervalo de tiempo de 1/299.792.458 de segundo.
Cada país tiene una copia exacta del metro patrón en su propia oficina
de pesas y medidas, que sirve para verificar las dimensiones de las
demás reglas o cintas métricas que se fabriquen.
La unidad de masa del sistema M.K.S. es el Kilogramo.
KILOGRAMO es una masa igual a la del kilogramo patrón que se
conserva en la Oficina Internacional de pesas y medidas.
Un kilogramo (abreviado: Kg.) es aproximadamente igual a la masa de
un decímetro cúbico de agua destilada a 4°C.
La unidad de tiempo de todos los sistemas de unidades es el
"segundo"
EL SEGUNDO se define como la duración de 9.192.631.770 periodos
de la radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles
hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio 133.
SISTEMA C. G. S. ABSOLUTO (Centímetro, Gramo, segundo).
El sistema C.G.S. llamado también sistema Cegesimal, es usado
particularmente en trabajos científicos. Sus unidades son submúltiplos
del sistema M.K.S. absoluto.
La Unidad de longitud: Es el CENTIMETRO, o centésima parte del
metro.
La Unidad de masa: Es el GRAMO, o milésima parte del kilogramo.
La Unidad de tiempo: Es el SEGUNDO.
SISTEMAS GRAVITACIONALES.
Se llaman gravitacionales porque utilizan para la determinación de una
de sus unidades fundamentales una magnitud que depende de la
gravedad terrestre. En lugar de la masa de una muestra patrón que en
cualquier parte del universo tiene el mismo valor, adoptan como
unidad su peso o fuerza con que es atraída ésta por la gravedad, en
un punto determinado de la Tierra, a saber la ciudad de París, o en
lugares situados a su misma latitud (48°) y aproximadamente al nivel
del mar.
3.-SISTEMA M. Kp. S. GRAVITACIONAL (Metro, Kilopond,
Segundo)
Llamado sistema técnico por ser utilizado principalmente en cálculos
industriales o de ingeniería. Las unidades de longitud y tiempo son las
mismas que en el sistema M. K. S. absoluto, pero la unidad de fuerza
sustituye a la de masa.1
INTRODUCCIÓN.
En el presente manual se expondrán los circuitos básicos y los
principios de operación pertenecientes a una puerta de garaje
automatizada, con la finalidad de que cualquier persona con
conocimientos básicos de electrónica pueda proporcionar al sistema
un correcto funcionamiento que mantenga la eficiencia, seguridad y
calidad del sistema automatizado.
Se presentarán los elementos que conforman cada uno de circuitos y
las características técnicas de los mismos para así poder reponer
piezas futuras y brindarle al sistema un correcto mantenimiento
preventivo o correctivo en su defecto.
1 http://www.monografias.com/trabajos72/medicionespractica/mediciones-practica.shtml#ixzz2mXSCpqLe
Es muy importante seguir las recomendaciones aquí propuestas para
evitar daños en el sistema y procurar así una longevidad productiva de
los elementos y los circuitos en los que basa su función el sistema.
Antes de intentar solucionar algún problema que llegase a presentarse
es muy importante que haya leído con anticipación y de forma
completa el manual aquí presentado. Si usted no es capaz de
comprender el funcionamiento y los circuitos mostrados es mejor
consultar con alguien capacitado o con conocimientos en electrónica
básica.
PRESENTACIÓN
Medición es la acción y efecto de medir, es la expresión comparativa
de la longitud, el área o el volumen de un cuerpo.
Los factores primordiales que se han de considerar en toda medición
son: la exactitud, la claridad, la ordenación y la situación.
Corriente eléctrica
La corriente eléctrica es un movimiento de las cargas negativas a
través de un conductor. Como los protones están fuertemente unidos
al núcleo del átomo, son los electrones los que en realidad tienen la
libertad de moverse. Por ello, en general, se puede decir que la
corriente eléctrica se origina por el movimiento o flujo electrónico a
través de un conductor, el cual se produce debido a que existe una
diferencia de potencial y los electrones circulan de una terminal
negativa a una positiva. Como en el siglo XIX no se conocía la
naturaleza de éstos, se supuso, en forma equivocada, que las
partículas positivas fluían a través del conductor. Por tanto,
convencionalmente se dice que el sentido de la corriente es del polo
positivo al negativo.
Cuando dos cuerpos cargados con diferente potencial se conectan
mediante un alambre conductor, las cargas se mueven del punto de
potencial eléctrico más alto al más bajo, lo cual genera una corriente
eléctrica instantánea que cesará cuando el voltaje sea igual en todos
los puntos. En caso de que mediante algún procedimiento se lograra
mantener en forma constante la diferencia de potencial entre los
cuerpos electrizados, el flujo de electrones sería continuo.
El flujo de electrones se presenta en los metales, en los líquidos
llamados electrólitos y en los gases. En el primer caso se debe a la
facilidad que tienen los electrones más alejados del núcleo de
separarse de sus órbitas cuando se les somete a la influencia de
campos eléctricos, con lo cual se convierten en electrones libres
atraídos por átomos que también los han perdido, esto da lugar a un
flujo continuo de electrones de átomo en átomo. Los electrólitos son
soluciones capaces de conducir corriente eléctrica. Tal es el caso de
ácidos, bases y sales que al ser diluidos en agua se disocian en sus
átomos constituyentes, los cuales reciben el nombre de iones. La
mayoría de los gases conducen la electricidad cuando por algún medio
apropiado se les ioniza.
Existen dos clases de corriente eléctrica: la corriente continua o directa
(C. C.) y la alterna (C. A.). la corriente continua se origina cuando el
campo eléctrico permanece constante, esto provoca que los
electrones se muevan siempre en el mismo sentido, es decir, de
negativo a positivo (el sentido convencional de la corriente en forma
equivocada señala que es de positivo a negativo). La corriente alterna
se origina cuando el campo eléctrico cambia alternativamente de
sentido, por lo que los electrones oscilan a uno y otro lado del
conductor, así, en un instante el polo positivo cambia a negativo y
viceversa. Cuando el electrón cambia de sentido, efectúa una
alternancia; dos alternancias consecutivas constituyen un ciclo. El
número de ciclos por segundo recibe el nombre de frecuencia, ésta es
en general de 60 ciclos/ segundo.
Medidores de corriente
Galvanómetros
Los galvanómetros son los instrumentos principales en la detección y
medición de la corriente. Se basan en las interacciones entre una
corriente eléctrica y un imán. El mecanismo del galvanómetro está
diseñado de forma que un imán permanente o un electroimán produce
un campo magnético, lo que genera una fuerza cuando hay un flujo de
corriente en una bobina cercana al imán. El elemento móvil puede ser
el imán o la bobina. La fuerza inclina el elemento móvil en un grado
proporcional a la intensidad de la corriente. Este elemento móvil puede
contar con un puntero o algún otro dispositivo que permita leer en un
dial el grado de inclinación.
El galvanómetro de inclinación de D'Arsonval utiliza un pequeño
espejo unido a una bobina móvil y que refleja un haz de luz hacia un
dial situado a una distancia aproximada de un metro. Este sistema
tiene menos inercia y fricción que el puntero, lo que permite mayor
precisión. Este instrumento debe su nombre al biólogo y físico francés
Jacques D'Arsonval, que también hizo algunos experimentos con el
equivalente mecánico del calor y con la corriente oscilante de alta
frecuencia y alto amperaje (corriente D'Arsonval) utilizada en el
tratamiento de algunas enfermedades, como la artritis. Este
tratamiento, llamado diatermia, consiste en calentar una parte del
cuerpo haciendo pasar una corriente de alta frecuencia entre dos
electrodos colocados sobre la piel. Cuando se añade al galvanómetro
una escala graduada y una calibración adecuada, se obtiene un
amperímetro, instrumento que lee la corriente eléctrica en amperios.
D'Arsonval es el responsable de la invención del amperímetro de
corriente continua.
Sólo puede pasar una cantidad pequeña de corriente por el fino hilo de
la bobina de un galvanómetro. Si hay que medir corrientes mayores,
se acopla una derivación de baja resistencia a los terminales del
medidor. La mayoría de la corriente pasa por la resistencia de la
derivación, pero la pequeña cantidad que fluye por el medidor sigue
siendo proporcional a la corriente total. Al utilizar esta proporcionalidad
el galvanómetro se emplea para medir corrientes de varios cientos de
amperios.
Los galvanómetros tienen denominaciones distintas según la magnitud
de la corriente que pueden medir.
Microamperímetros
Un microamperímetro está calibrado en millonésimas de amperio y un
miliamperímetro en milésimas de amperio.
Los galvanómetros convencionales no pueden utilizarse para medir
corrientes alternas, porque las oscilaciones de la corriente producirían
una inclinación en las dos direcciones.
Electrodinamómetros
Sin embargo, una variante del galvanómetro, llamado
electrodinamómetro, puede utilizarse para medir corrientes alternas
mediante una inclinación electromagnética. Este medidor contiene una
bobina fija situada en serie con una bobina móvil, que se utiliza en
lugar del imán permanente del galvanómetro. Dado que la corriente de
la bobina fija y la móvil se invierte en el mismo momento, la inclinación
de la bobina móvil tiene lugar siempre en el mismo sentido,
produciéndose una medición constante de la corriente. Los medidores
de este tipo sirven también para medir corrientes continuas.
Medidores de aleta de hierro
Otro tipo de medidor electromagnético es el medidor de aleta de hierro
o de hierro dulce. Este dispositivo utiliza dos aletas de hierro dulce,
una fija y otra móvil, colocadas entre los polos de una bobina cilíndrica
y larga por la que pasa la corriente que se quiere medir. La corriente
induce una fuerza magnética en las dos aletas, provocando la misma
inclinación, con independencia de la dirección de la corriente. La
cantidad de corriente se determina midiendo el grado de inclinación de
la aleta móvil.
Medidores de termopar
Para medir corrientes alternas de alta frecuencia se utilizan medidores
que dependen del efecto calorífico de la corriente. En los medidores
de termopar se hace pasar la corriente por un hilo fino que calienta la
unión de termopar. La electricidad generada por el termopar se mide
con un galvanómetro convencional. En los medidores de hilo
incandescente la corriente pasa por un hilo fino que se calienta y se
estira. El hilo está unido mecánicamente a un puntero móvil que se
desplaza por una escala calibrada con valores de corriente.
DIAGRAMAS ELÉCTRICOS.
Los diagramas se utilizan para construir una réplica de los circuitos
reales y para ayudar a localizar fallas o mal funcionamiento en ellos.
En circuitos complejos se pueden utilizar los diagramas para rastrear
una señal a través de todo el circuito y resolver el problema con
muchas menores dificultades.
En un esquema, cada elemento del circuito real se representa por
medio de un símbolo patrón. De ser necesario el valor y el tipo de
cada componente se incluye en el diagrama, los símbolos
normalmente se dibujan de una forma tal que hace pensar en los
componentes de una manera funcional. Pero el diagrama no muestra
ni contiene información específica de cómo ni dónde los elementos
están localizados en su presentación real, solo se muestran en un
diagrama circuital de tal forma que sea fácil ver la función de ellos en
el circuito.
DIAGRAMAS DE CIRCUITO EQUIVALENTE.
Un diagrama de circuito equivalente está muy relacionado con la idea
de un modelo real .El modelo de un circuito real es un modelo
matemático que se aproxima al verdadero comportamiento del circuito
real. El diagrama de circuito equivalente se obtiene reemplazando en
el diagrama esquemático los símbolos de cada componente por su
circuito equivalente. Puesto que los modelos de los circuitos se
desarrollan a partir de los cinco elementos ideales y de los símbolos
extras que designan las condiciones ideales en un circuito, los
diagramas de circuito equivalente también se construyen utilizando los
símbolos para estos elementos ideales.
Las ecuaciones que gobiernan el comportamiento de un circuito se
pueden escribir a partir de su circuito equivalente puesto que está
constituido por los elementos ideales los cuales obedecen relaciones
matemáticas específicas. De esta forma, el circuito equivalente se
utiliza para analizar el comportamiento de un circuito real de manera
muy aproximada e incluso con las ecuaciones desarrolladas a partir
del circuito equivalente se pueden predecir el comportamiento del
circuito.
DIAGRAMAS DE BLOQUES.
Los diagramas de bloques se utilizan para ayudar a describir la
operación global de instrumentos o sistemas de medición más bien
complejos. Conjuntos de componentes o partes del sistema se
representan como bloques de tal forma que la interrelación entre ellos
se puede ver fácilmente.
En un diagrama de bloques nos permite rastrear fácilmente el camino
de una señal a través de todo el sistema y además nos da una idea
concisa y global de la operación y funcionamiento de él. Sin embargo
no nos da información detallada acerca de los componentes,
conexiones y alambrado.
UNIDADES Y PATRONES.
Medir significa encontrar una cantidad como múltiplo de alguna otra
cantidad fija, esta cantidad fija se conoce como unidad. La medición
por tanto requiere un sistema de unidades que sea preciso, seguro y
fácil de utilizar. Para asegurar que en todo el mundo, se utilizan las
mismas unidades para los mismos valores, es necesario tener unas
definiciones estrictas de unidades y definir cómo se pueden realizar
las calibraciones de los sistemas de medida. Tales referencias se
conocen como patrones o estándares.
En las aplicaciones diarias, las medidas se realizan utilizando
instrumentos de medida que han sido calibrados con patrones locales
que a su vez han sido comparados con patrones situados en
escalones más elevados que otros y así se llega a los patrones
nacionales que tienen que estar de acuerdo con las especificaciones
internacionales. La calibración es un término que se utiliza para la
comparación de un sistema de medida frente a los patrones, cuando el
sistema está en un ambiente de concordancia con el que se ha
definido para la realización del patrón.
UNIDADES.
En 1960 la Conférence Genérale des Poids et Mesures adoptó el
Sistema Internacional de Unidades. Posteriores reuniones han
modificado el sistema y han dispuesto siete unidades básicas: masa
en kilogramos, longitud en metros, tiempo en segundos, corriente en
amperios, temperatura en grados kelvin, intensidad luminosa en
candelas y cantidad de sustancia en moles. De estas unidades
básicas se derivan todas las demás.
Originalmente todas las unidades se basaban en patrones materiales ,
por ejemplo , la unidad de longitud estaba basada en una barra de
longitud estándar frente a la cual se calibraban los otros patrones, sin
embargo con excepción de la unidad de masa, las unidades se basan
en la actualidad, en fenómenos físicos en lugar de patrones
materiales. Así por ejemplo, la longitud se basa en la distancia
recorrida por la luz durante un intervalo de tiempo.
Basar los patrones a fenómenos físicos posibilita a los laboratorios de
cualquier lugar del mundo la calibración de sus instrumentos frente a
otro patrón de medida sin posibilidad de cometer error alguno.
Masa. El Kilogramo (Kg) se define como la masa de una aleación
cilíndrica (90% Platino, 10% Iridio) de igual altura y diámetro,
conservado en el International Bureau of Weights and Measures de
Sévres, Francia, duplicados de este patrón se conservan en otros
países.
Longitud. El metro (m) se define como la longitud del camino
recorrido por la luz en el vacío durante un intervalo de tiempo de 1 /
299 792 458 de un segundo. En efecto esta definición establece que la
velocidad de la luz en el vació es de 299 792 458 metros por segundo.
Tiempo. El segundo (s) se define como la duración de 9 192 631 770
periodos de oscilación de la radiación emitida por el átomo de Cesio-
133 bajo unas condiciones de resonancia precisas.
Corriente. El Amperio (A) se define como la corriente constante que,
si se mantiene en dos conductores rectos y paralelos de longitud
infinita, de sección despreciable y situados a una distancia entre ellos
de un metro en el vació, se produciría entre estos conductores una
fuerza igual a 2 x 10 e -7 Newton por metro de longitud.
Temperatura. El Kelvin (K) se define como la temperatura a la que el
agua líquida, sólida y en forma de vapor están en equilibrio (se le
conoce como punto triple) y es de 273 16 K.
Intensidad luminosa. La candela (cd) se define como la intensidad
luminosa en una sección dada, de una fuente específica que emite
radiación monocromática de frecuencia 540 x10e12 Hz y que tiene
una intensidad radiante de 1 / 683 Watts por estereorradián (unidad de
ángulo sólido).
Cantidad de sustancia. El mol (mol) se define como la cantidad de
sustancia que contiene tantas entidades elementales como átomos
hay en 0.012 Kg de un isótopo de Carbono-12.
PATRONES ELÉCTRICOS.
La unidad básica es el amperio y se define en términos de la fuerza
entre dos conductores por los que circula corriente.
LA RESISTENCIA PATRÓN.
Las resistencias patrón se utilizan como patrones primarios nacionales
para resistencia. Son resistencias de hilo, en las que el material
utilizado para este hilo y los métodos usados para montar el hilo están
especialmente elegidos para asegurar la estabilidad. Las resistencias
están sumergidas en aceite. Tienen una estabilidad del orden de una
parte en 10 e7 por año.
Los valores absolutos de las resistencias patrón se controlan mediante
la inductancia de Campbell, la cual tiene una inductancia mutua que se
puede determinar mediante medidas geométricas de las bobinas de la
inductancia. Se puede utilizar un puente para determinar el valor de la
resistencia patrón en función de la inductancia mutua. Otra forma de
puente puede también ser utilizada para determinar el valor de la
resistencia en función de la capacidad de un condensador estándar .
Los condensadores patrón como patrones primarios se fabrican
mediante múltiples placas intercaladas suspendidas en un dieléctrico
gaseoso. Los condensadores de plata-mica tienden a ser utilizados
como patrones secundarios.
REFERIBILIDAD.
Los patrones mantenidos por los laboratorios nacionales por ejemplo
el National Physical Laboratory en Gran Bretaña y el National Bureau
of Standards en los Estados unidos se conocen como patrones
primarios. Se utilizan para calibrar los patrones de referencia de otros
laboratorios: esta segunda línea de patrones se conoce como patrones
secundarios y se utilizan para la calibración para la industria , en los
centros de calibración. En una compañía deberá haber algunos
patrones calibrados llamados patrones de trabajo, mantenidos para
comprobar la calibración de la instrumentación de uso diario.
Referibilidad o correlación que aseguraría que un instrumento ha
realizado todos los pasos para garantizar que las medidas sean
correctas:
Cuando un patrón ha sido calibrado por un laboratorio autorizado se
proporciona un certificado de calibración que incluye:
1.-La identificación del equipo calibrado
2.-Los resultados de la calibración
3.-La precisión de las resultados
4.-Cualquier limitación en la utilización del equipo que se obtenga de la
calibración
5.- La autoridad que proporciona el certificado.
MEDIR.
Medir significa comparar una magnitud de valor desconocido con una
determinada unidad de medida previamente elegida.
El proceso de medición generalmente requiere el uso de un
instrumento como medio físico para determinar la magnitud de una
variable.
El procedimiento de medición puede ser llevado a cabo por
comparación directa con la unidad de medida o por medio de un
instrumento graduado previamente con los patrones correspondientes
de manera que una escala nos indica el valor buscado.
Las mediciones con patrones se emplean preferentemente en los
laboratorios y las unidades de medida empleadas son adoptadas
internacionalmente.
ERRORES EN LAS MEDICIONES.
ERROR.- Es la desviación a partir del valor real de la variable medida.
Todo instrumento de medida presenta un error o inexactitud en los
resultados los cuales son inherentes a lo siguiente:
1.- Construcción
2.-Ajuste durante su contraste. (Relación que existe entre el
instrumento en uso respecto a su instrumento patrón).
Una forma matemática de estimar el error es utilizar el concepto de
error absoluto que se puede cuantificar como sigue:
Error absoluto:
= i
r
Dónde: = error absoluto
i= valor dado por el instrumento
r= valor real (se presume que los valores del
instrumento son reales, sin error)
El error puede ser positivo o negativo.
El proceso de medición generalmente requiere el uso de un
instrumento como medio físico para determinar la magnitud de una
variable. Los instrumentos constituyen una extensión de las facultades
humanas y en muchos casos permiten a las personas determinar el
valor de una cantidad desconocida la cual no podría medirse utilizando
únicamente las facultades sensoriales. Por lo tanto:
Instrumento.- se puede definir como el dispositivo para determinar el
valor o la magnitud de una cantidad o variable
Exactitud.-Aproximación con la cual la lectura de un instrumento se
acerca al valor real de la variable medida.
Precisión.-Medida de la reproducibilidad de las mediciones; esto es,
dado el valor fijo de una variable la precisión es una medida del grado
con el cual las mediciones sucesivas difieren una de otra.
Sensibilidad.- Relación de la señal de salida o respuesta del
instrumento respecto al cambio de la entrada o variable medida.
Resolución.- Cambio más pequeño en el valor medido al cual
responde el instrumento.
Error.-Desviación a partir del valor real de la variable medida.
Algunas técnicas para minimizar los efectos de los errores:
1.-Realizar una serie de ensayos y no confiar en una sola observación.
2.-Alternar el uso de diferentes instrumentos de medición en el mismo
experimento.
La precisión de las lecturas está compuesta por dos características
Conformidad y el Número de cifras significativas con las cuales se
puede realizar la medición, aunque la conformidad de una medición es
necesaria, no es suficiente en cuanto a precisión por la falta de cifras
significativas. De modo semejante la precisión es una condición
necesaria pero no suficiente para la exactitud.
CIFRAS SIGNIFICATIVAS.
Una indicación de lo preciso de las mediciones se obtiene a partir del
número de cifras significativas con las cuales se expresan los
resultados. Estas cifras proporcionan información real relativa a la
magnitud y a la precisión de las mediciones de una cantidad. El
aumento de la cantidad de cifras significativas incrementa la precisión
de una medición.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Por todo lo anteriormente expuesto se tiene claro la importancia y
trascendencia de la medición, cualquier operario que trabaje con la
energía eléctrica debe saber con precisión las magnitudes que está
operando y nunca suponer, es por ello que en la integración del mapa
curricular del Técnico en Instalaciones y Mantenimiento Eléctrico de
los diferentes CECyt´s que pertenecen al Nivel Medio Superior del
Instituto Politécnico Nacional, tienen en el tercer semestre ubicada
esta Unidad de Aprendizaje, es decir al inicio de su instrucción
tecnológica, más sin embargo parece ser que el adiestramiento no es
el óptimo, ya que nos encontramos en algunas otras unidades de
aprendizaje posteriores con que no realizan las mediciones con
precisión, es por lo que se busca innovar con nuevas estrategias
didácticas tales que eficiente el dominio en las mediciones eléctricas.
ELEMENTOS NECESARIOS PARA LA CORRECTA OPERACIÓN.
Para la parte práctica de la unidad de aprendizaje en cuestión, se
cuenta con un laboratorio equipado con consolas Lab Volt, que
contienen los siguientes materiales:
Panel izquierdo con fuentes de alimentación, tanto de corriente
continua, como de corriente alterna, así como un interruptor general y
un termo magnético como medio de protección.
Panel derecho este cuenta con instrumentos de medición digitales,
dos multímetros.
Panel frontal en este se encuentra cuatro instrumentos analógicos, dos
Ampermetros uno de corriente continua (c. c.) y otro de corriente
alterna (c. a.), dos Voltmetros también uno de c. c. y otro de c. a.
Charola para experimentos.
Cuatro cajones con dispositivos pasivos como resistencias,
capacitores, bobinas, cables brincadores, termopar, imanes, limadura
de hierro, etcétera.
CARACTERÍSTICAS ESPECÍFICAS.
Para las sesiones experimentales de la unidad de aprendizaje de
Mediciones Eléctricas se manejan rangos de valor bajos tanto de
voltaje como de la intensidad de la corriente eléctrica, a continuación
se muestra en una tabla los rangos más empleados:
Rango de Voltaje Rango de Intensidad Rango de Resistencia
0-25 Volts 0 - 0.0001 Ampers
0-50 Volts 0 - 0.001 Ampers
0-250 Volts 0 - 0.01 Ampers
0-500 Volts 0 - 0.1 Ampers
0 - 1 Ampers
0 - 10 Ampers Tabla No. 1.- Rangos comúnmente empleados en el laboratorio de Mediciones
Eléctricas.- Creación propia
PRINCIPIO DE OPERACIÓN
La mejor forma de brindar un mantenimiento eficiente al equipo de
medición es usarlos correctamente cuidando el conectarlos
correctamente, las principales recomendaciones se incluyen de
manera resumida en la siguiente tabla:
Instrumento Conexión Indicación
Óhmetro Paralelo Sin estar energizado el elemento a medir
Voltmetro Paralelo En el caso de c. c., respetar la polaridad
Ampermetro Serie En el caso de c. c., respetar la polaridad Tabla No. 2.- Principales características de los instrumentos de Medición.-
Creación propia.
MANTENIMIENTO
Es importante conservar en buen estado el equipo, maquinaria y
materiales a emplear, teniendo la certeza de que en el momento que
se requieran estarán disponibles, hay diferentes tipos de
mantenimiento, iniciaremos con el preventivo.
MANTENIMIENTO PREVENTIVO
Este tipo de mantenimiento, se caracteriza por que las acciones de
mantenimiento se efectúan antes de que fallen o empiecen a dar
síntomas de fallos. Mantiene en un buen estado de funcionamiento
cada una de las partes y componentes del equipo, en el caso de los
prototipos, fundamentalmente consiste en tenerlos en reguardo y no
amontonar cosas u objetos encima de ellos.
De esta forma se previenen fallas futuras que puedan afectar a los
componentes del sistema de una manera más grave.
MANTENIMIENTO CORRECTIVO.
Este tipo de mantenimiento es sinónimo de una reparación, debido a
una mala realización del mantenimiento preventivo, por no realizarlo, o
por accidentes o mala utilización del equipo no siguiendo las
recomendaciones para su uso, esto en cuando al equipo del
laboratorio, en lo relativo a los prototipos, se tendrán que sustituir, lo
cual no es costoso.
DESARROLLO
Manejo del voltímetro
Como el voltímetro es un aparato destinado a la medida de caídas de
voltaje debe de conectarse en los extremos de la carga que ocasiona
la caída de voltaje, el voltaje que se pretende medir no debe ser
superior al máximo indicado en la escala del instrumento. En un
circuito eléctrico este instrumento de medición siempre debe
conectarse en paralelo a lo que se la va a medir al tensión eléctrica.
Ejemplo: si utilizamos un rango de 5 volts, la escala será de 0–5 volts
y el valor de cada división será de 0.1 volts
Si utilizamos el rango de 25 volts, la escala será 0-25 y el valor de
cada división será de 0.5 volts
Si utilizamos el rango de 50 volts la escala será 0-50 y el valor de cada
división será de 1 volt
Si utilizamos el rango de 250 volts la escala será 0-250 y el valor de
cada división será de 5 volt
Si utilizamos el rango de 500 volts la escala será 0-500 y el valor de
cada división será de 10 volt
Medir la máxima tensión que proporciona la fuente de CC con el
voltímetro analógico y con el multímetro digital en función de
voltímetro, escribiendo los pasos para la realización de la medición
Medición analógica
Para hacer esta medición primero encendimos el multímetro, después
ajustamos la aguja a cero, posteriormente seleccionamos una escala
apropiada en el multímetro en este caso elegimos la escala de 0-120
volts debido a que se trata de una medición desconocida,
posteriormente conectamos los cables banana-caimán de la fuente de
CC al multímetro analógico asegurándonos de conectar correctamente
las polaridades, después fuimos suministrando tensión eléctrica
gradualmente, moviendo la perilla en sentido de las manecillas del
reloj; llegando al máximo teniendo un resultado de 42 volts.
Imagen No. 1.- Medición de voltaje con el uso del Multímetro analógico, en función
de Voltmetro de C. C..- Creación propia.
Medición digital
Para hacer esta medición primero encendimos el multímetro, después
ajustamos la perilla en medición de tensión es decir donde está la
literal ‘V’, posteriormente conectamos los cables banana-caimán de la
fuente de CC al multímetro analógico asegurándonos de conectar
correctamente las polaridades, después fuimos suministrando tensión
eléctrica gradualmente, moviendo la perilla en sentido de las
manecillas del reloj; llegando al máximo teniendo un resultado de 43.5
volts.
Imagen No. 2.- Medición de voltaje con el uso del multímetro digital, en función de
Voltmetro de C. C..- Creación propia.
NOTA: Para este experimentos asegúrese que la posición de la perilla de la fuente
sea mínima (0 volts) ¡Cuidado con la polaridad!
Manejo del amperímetro.
Los amperímetros se diseñan para la cantidad de corriente necesaria
que causa una desviación al extremo derecho de la escala, esta
desviación indicara la lectura máxima del aparato, la intensidad que se
pretende medir no debe ser superior al máximo indicado en la escala
del aparato.
Ejemplo: Si utilizamos un rango de 10 amperes, la escala será de 0-10
y el valor de cada división será de 0.2 amperes
Imagen No. 3.- Ampermetro de C. C..- Creación propia.
Si utilizamos el rango de 1 ampere, la escala será 0-1 y el valor de cada división será de 0.02 amperes
Imagen No. 4.- Ampermetro de C. C..- Creación propia.
Si utilizamos el rango de 0.1 ampere, la escala será 0-0.1 y el valor de cada división será de 0.002 amperes
Si utilizamos el rango de 10 mili ampere, la escala será 0-0.01 y el valor de cada división será de 0.0002 amperes
Si utilizamos el rango de 1 mili ampere, la escala será 0-0.001 y el valor de cada división será de 0.00002 amperes
Si utilizamos el rango de 0.1 mili ampere, la escala será 0-0.0001 y el valor de cada división será de 0.000002 amperes
Para medir corriente desde la fuente de CC se tiene que conectar una
resistencia a cada extremo de las polaridades es decir una resistencia
al polo positiva y otra al negativo, dejando el amperímetro en serie,
como se muestra en el siguiente esquema:
Imagen No. 5.- Circuito eléctrico de C. C. con Ampermetro y dos resistencias en
serie.- Creación propia.
Manejo del multímetro en función del óhmetro
El óhmetro es útil para comprobar la continuidad de un circuito, ya que
un circuito continuo tiene una resistencia igual a cero y un circuito
abierto tiene una resistencia infinita.
De acuerdo al rango y escala encontrar el valor de cada una de las divisiones del multímetro en función del ohm. Medir el valor del potenciómetro proporcionado, con un multímetro analógico y un multímetro digital como se observa en la figura. Primero medir el valor total colocando las puntas en los extremos del potenciómetro y luego mida varias posiciones del reóstato, colocando una punta en un extremo y la otra en la parte media del mismo
R1= 3 K Ω
R2= 5 K Ω
R3= 8 K Ω
Rt= 8.16 K Ω
Imagen No. 6.- Medición de la resistencia eléctrica de un potenciómetro con un
Óhmetro.- Creación propia.
Mediciones
Armar el siguiente circuito como se observa en la figura. Debe tomarse las lecturas analógicas y/o digitales, se va a variar el voltaje y la resistencia del circuito.
Imagen No. 7.- Diagrama de la Medición de la intensidad de corriente y voltaje
aplicado.- Creación propia.
Imagen No. 8.- Medición de la intensidad de corriente y voltaje aplicado.- Creación
propia.
PROPUESTA
Como se ha observado el poder realizar diferentes tipos de
mediciones en el laboratorio, realmente no es algo complejo, más sin
embargo, una vez que los alumnos alcanzan otros semestres
superiores y requieren de realizar mediciones eléctricas, presentan
dudas, por lo que se optó por idear, diseñar y desarrollar prototipos
didácticos de un tamaño mayor al equipo comúnmente empleados a
fin de realizar bastantes mediciones frente al grupo, mientras que el
resto desde diferentes lugares del propio espacio académico.
