3 Lab 1 - Reconocimiento y Uso de Equipos e Instrumentos (1)

CIENCIAS BÁSICAS APLICADAS

Laboratorio de Electricidad 1

RECONOCIMIENTO Y USO DE EQUIPOS E INSTRUMENTOS

PROGRAMA DE FORMACIÓN REGULAR

Laboratorio de Ciencias Básicas Aplicadas – Lab. 1__________________ ________

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Reconocimiento y uso de equipos e instrumentos OBJETIVO Describir el funcionamiento de los equipos e instrumentos a utilizar en el laboratorio. INTRODUCCIÓN TEÓRICA A. REPRESENTACIÓN DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS BÁSICOS La simbología utilizada en las actividades de electrotecnia es muy variada y los detalles sobre cada una de las aplicaciones se encuentran contenidas en el Código Nacional de Electricidad (CNE) vigente a la fecha. Sin embargo, para familiarizarnos con el uso de instrumentos y equipos revisaremos el concepto de circuito eléctrico básico. Componentes de un circuito El funcionamiento de un dispositivo o equipo eléctrico, independiente de su tamaño o trabajo que realiza, depende de su conexión a un sistema eléctrico representado por una fuente de tensión (alimentador eléctrico). Asimismo, los diferentes equipos que utilizan la energía eléctrica pueden ser representados

como

“cargas

eléctricas”

cuyas

componentes

pueden

ser

marcadamente diferentes. Así tenemos cargas eléctricas cuyas componentes pueden ser puramente resistivas (R), inductivas (L) o capacitivas (C).

Figura 1.1. Circuito eléctrico básico.

Instalación de instrumentos de medición La instalación de instrumentos de medición se efectúa de manera que el funcionamiento básico del circuito no se ve alterado. Las características y formas de uso de los instrumentos de medición se detallan a continuación.

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B. INSTRUMENTOS DE MEDIDA B.1 EL MULTÍMETRO El multímetro es un instrumento multipropósito que se utiliza, fundamentalmente, para medir resistencias, tensiones y corrientes eléctricas. Dispone de un conmutador que selecciona la FUNCIÓN (ohmímetro, voltímetro o amperímetro) y la ESCALA en la que se ubicará la magnitud a ser medida (5 V, 10 V, 500 V, 200 V, 2 kV, 20 kV, etc.). También tiene unos bornes por donde se conectan las puntas de prueba o puntas de medición. Existen dos tipos de multímetro, los analógicos y los digitales. Los multímetros analógicos tienen una aguja y diferentes escalas. Los multímetros digitales indican el valor medido en una pantalla. Multímetro analógico

Multímetro digital

Figura 1.2. Tipos de multímetros.

Las diferentes funciones de medición que puede tener un multímetro pueden ser: Voltímetro (AC, DC), amperímetro (AC, DC), ohmímetro, detector de continuidad sonora, probador de diodos, capacímetro y frecuencímetro. FUNCIÓN VOLTÍMETRO La función voltímetro permite efectuar mediciones de tensión eléctrica sobre elementos energizados de un circuito eléctrico. Esta medición puede realizarse para circuitos AC y DC eligiendo adecuadamente la función mediante el conmutador central. Cuando no se conoce el valor máximo de la tensión a medir, se recomienda utilizar la escala más alta e ir ajustando la escala para lograr mayor exactitud. Este ajuste no es necesario en instrumentos digitales de autorrango, en donde solo se ve la función pero no se ve la escala. A modo de ejemplo, la Figura 1.3 muestra la forma de utilizar la función voltímetro para medir la tensión eléctrica proporcionada por una batería. Nótese que, por tratarse de tensión continua, es necesario identificar y utilizar adecuadamente la polaridad conectando la punta de prueba común al terminal negativo (-) (COM) de la batería y la otra punta de prueba al terminal (+) de la batería.

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Figura 1.3. Medición de tensión en una batería.

La Figura 1.4. Esquema de medición para fuentes de tensión continua y alterna.

Figura 1.4. Conexionado para medir tensión en CC y en CA.

FUNCIÓN AMPERÍMETRO El multímetro contiene un amperímetro que se utiliza para medir la intensidad de corriente. Esta función es algo difícil de utilizar, porque debe incorporarse el instrumento en serie con la carga o elemento de interés. Ver Figuras 1.5.a, 1.5.b y 1.5.c. La medición puede realizarse para circuitos AC y DC eligiendo adecuadamente la función mediante el conmutador central. En caso de no conocer el valor máximo de intensidad a medir, utilice la escala más alta. Dependiendo del valor obtenido, se puede reducir la escala para lograr mayor precisión en la lectura.

Figura 1.5.a Circuito abierto

Figura 1.5.b Medición de corriente.

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Figura 1.5.c Medición de corriente.

FUNCIÓN OHMÍMETRO La función ohmímetro del instrumento multifunción permite medir la resistencia eléctrica que ofrece un elemento o dispositivo eléctrico al paso de la corriente eléctrica. La medición debe efectuarse sobre el elemento de interés mediante una conexión en paralelo, según se muestra en la Figura 1.6. Nótese que debe interrumpirse la alimentación eléctrica del elemento a medir (condición de circuito no-energizado).

Figura 1.6. Conexionado para medir una resistencia.

NUNCA INTRODUZCA LAS PUNTAS DE PRUEBA DE UN OHMÍMETRO EN UN CIRCUITO ENERGIZADO.

Pregunta: ¿Por qué al momento de medir resistencia, el resistor a medir d ebe estar aislado? Respuesta: Porque de no ser así, se producirían tensiones y corrientes peligrosas en el equipo de medición, pudiendo quemarse.

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B.2 PINZA AMPERIMÉTRICA Es un tipo de amperímetro que permite medir la corriente sin necesidad de abrir el circuito. El funcionamiento de la pinza amperimétrica se basa en la medida de la corriente por un conductor a partir del campo magnético que se genera alrededor de éste. El uso de esta forma de medición representa un procedimiento más seguro para el operador del instrumento, por cuanto no es necesario un contacto eléctrico con el circuito a medir.

Figura 1.7. Pinza amperimétrica digital

B.3 PROTOBOARD Llamado también tablero de pruebas, es una especie de tablero con orificios, en la cual se pueden insertar componentes electrónicos y cables para armar circuitos. Como su nombre lo indica, esta tableta sirve para experimentar con circuitos electrónicos, asegurando así el buen funcionamiento del mismo. Ver Figura 1.8.

Figura 1.8. Vista anterior y posterior del protoboard

Estructura del protoboard: En la Figura 1.9.a. observamos que básicamente un protoboard se divide en tres regiones: A) Canal central: Es la región localizada en el medio del protoboard, se utiliza para colocar los circuitos integrados. B) Buses: Los buses se localizan en ambos extremos del protoboard, se representan por las líneas rojas (buses positivos o de tensión) y azules (buses negativos o de tierra) y conducen de acuerdo a estas, no existe conexión física entre ellas. La fuente de poder generalmente se conecta aquí. 13


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C) Pistas: La pistas se localizan a los extremos del canal central. En la Figura 1.9.b. podemos apreciar un ejemplo del uso del protoboard.

Figura 1.9.a. Estructura

Figura 1.9.b Conexiones en un protoboard

C.

CÁLCULO DE ERROR Y FUNDAMENTOS DE MEDICIÓN Una de las principales recomendaciones para quien efectuará una medición es: “nunca procedas a medir, si no sabes que estás midiendo”. Ello implica conocer el parámetro a medir, los riesgos que representa y elementalmente su “valor esperado” o también llamado valor nominal.

Para conocer el valor esperado, se recurre a la información técnica del equipo (valores nominales) o datos de placa. De no contar con ello, deben hacerse estimaciones basadas en el conocimiento previo de la teoría del curso. La medición de parámetros eléctricos puede efectuarse de dos formas: Medición indirecta: cuando la obtención del valor de un parámetro se realiza mediante la medición previa de parámetros vinculados al valor de interés. Es necesario conocer una relación matemática entre los parámetros incluidos. Medición directa: cuando la medición de un parámetro eléctrico se efectúa sin mediciones y/o cálculos intermedios. Si existen cálculos, éstos son efectuados internamente en el equipo de medición. Asimismo, los diferentes procesos de medición están influenciados por muchos factores que alteran el resultado buscado, generando una diferencia entre el valor esperado y el valor medido (Error absoluto) cuya existencia no necesariamente significa haber efectuado una mala medición. Cuando el error absoluto es comparado con el valor esperado, surge un valor representativo denominado error relativo porcentual ( r %). Salvo, especificaciones técnicas de mayor exigencia, el error porcentual inferior o muy próximo a 5% ε

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indicaría la validez de la medición efectuada. El error relativo porcentual se realiza mediante la siguiente expresión:

Donde: % = Error relativo porcentual. Vn = Valor esperado o nominal. Vm = Valor medido. εr

La teoría sobre el error producido en las mediciones es bastante amplio. Seguramente será revisado con mayor detalle en otras materias durante el desarrollo de sus estudios. Sin embargo, en la mayoría de sesiones prácticas y de modo general, se pueden identificar las principales fuentes de error: a) b) c) d) e)

La pericia del observador para tomar lectura de instrumentos analógicos. El estado de los instrumentos de medición. La precisión de los instrumentos utilizados. El redondeo de cifras decimales en mediciones indirectas y cálculos previos. Desgaste o deterioro de las propiedades físicas de los elementos sujetos a medición.

Para mayor información sobre los temas tratados, puede consultar: “Equipos e Instalaciones Electrotécnicas”. Pablo Alcalde San Miguel. Editorial

Paraninfo. Páginas de 11 a 15.

EQUIPOS Y MATERIALES Cantidad 01 01 01 01 01 01 01

Descripción Fuente de tensión ajustable DC Multímetro digital Multímetro digital Pinza amperimétrica Protoboard Cable adaptador para la fuente DC Cables

Marca Energit Sanwa Prasek

Amprobe

Modelo EN3002 CD800a PR-301 AC 50A

Observación

RECOMENDACIONES Para la ejecución de sus actividades tome en cuenta lo siguiente: a) Tenga presente siempre las recomendaciones de seguridad durante su trabajo. b) Realice primero sus conexiones del circuito base, una vez culminado ello, instale los instrumentos de medición requeridos.

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c) Desarrolle las actividades programadas con cautela, anotando sus observaciones y conclusiones. d) Al culminar su trabajo, apague sus instrumentos y equipos, ordénelos, ubique adecuadamente su silla y espere la orden para retirarse del ambiente de trabajo.

NOTA: Ante cualquier duda, consulte al profesor encargado. Por ninguna razón consulte al compañero o tome decisión por iniciativa propia. DESARROLLO DE ACTIVIDADES IDENTIFICACIÓN DE LAS PARTES Y FUNCIONES DEL EQUIPO EN EL PUESTO DE TRABAJO A. FUENTE DE TENSIÓN AJUSTABLE DC

a) Enchufe plano. b) Perilla de ajuste de tensión. c) Terminal de salida de la fuente de tensión DC.

B. MULTÍMETRO DIGITAL Identifique las partes que componen un multímetro digital.

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C. PINZA AMPERIMÉTRICA Anote en la tabla 1.4 las partes de la pinza amperimétrica, según las letras indicadas en la figura 1.11.

Figura 1.11. Pinza amperimétrica.

PARTE DEL INSTRUMENTO

LETRA

Palanca para abrir la pinza. Conectores de entrada para la medición de tensión, resistencia y continuidad. Pantalla digital. Tecla HOLD para “retener” valores medidos.

Función de valor MÍN/MÁX. Compensación o ajuste a cero. Captador de valores medidos (pinza amperimétrica). Conmutador de banda de frecuencias 40... 1 kHz o 50... 60 Hz. Selector de tipo de medición con interruptor CONEXIÓN/DESCONEXIÓN. Tabla 1.4. Partes del amperímetro.

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NO ENERGICE SIN AUTORIZACIÓN ANTE CUAL QUIER DUDA CONSULTE AL PROFESOR

D. MEDICIONES 1. Cerciórese que la perilla de control de tensión esté en cero (completamente a la izquierda). 2. Ponga el selector del voltímetro en la posición y conecte la fuente de energía. 3. Gire la perilla de control de la fuente y observe cómo aumenta la tensión. Mida y anote el valor máximo de tensión CONTINUA completando la siguiente tabla:

Tensión máxima en CC

V

Tabla 1.1. Valores máximos de tensión CC.

4. Baje la tensión girando la perilla de control en sentido contrario al de las manecillas del reloj. 5. Nuevamente encienda la fuente, gire la perilla en las siguientes posiciones y mida la tensión anotando sus valores en la siguiente tabla: TENSIÓN (V) POSICIÓN 1 V POSICIÓN 5 V POSICIÓN 9 V POSICIÓN 12 V Tabla 1.2. Valores de tensión CC. 6.

Reduzca nuevamente la tensión a cero y desconecte la fuente de energía girando la perilla.

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E. CÁLCULO DEL ERROR 1. Coloque el selector del multímetro en VDC y conecte el multímetro digital (Instrumento Patrón) a la salida de los terminales de la fuente de tensión en el protoboard como se muestra en la Figura 1.12.

Figura 1.12. Conexión del voltímetro digital a la fuente DC variable.

2. Conecte nuevamente la fuente de energía enciéndala y ajuste los valores requeridos en la Tabla 1.5, girando la perilla de control. RECUERDE EL VALOR DE TENSIÓN NOMINAL SERÁ REGISTRADO POR EL INSTRUMENTO COMPARATIVO. 3. Mida y anote los valores obtenidos, luego calcule el error solicitado en la Tabla 1.5. 4. APAGUE LA FUENTE, los instrumentos y desconéctelos.

Unominal (V)

Umedida (V)

Error absoluto

U1 = 3 V U2 = 5 V U3 = 7 V U4 = 9 V U5 = 12 V Tabla 1.5. Medición de tensión eléctrica.

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r %


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De acuerdo a esta última experiencia responda: ¿Qué tipo de medición ha realizado? …………………………………………………………………………………………………………………………………

¿Qué opina del error obtenido? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

Cuestionario 1. ¿A qué denominamos fuente de tensión variable? ……………………………………………………………………………………………………………………………….. ………….………………………………………………………………………………………………………………….… …………………….………………………………………………………………………………………………………….

2. Mencione una ventaja del uso del medidor digital sobre el uso de un medidor analógico. ……………………………………………………………………………………………………………………………..… ………….……………………………………………………………………………………………………………….…… …………………….…………………………………………………………………………………………………….……

3. Mencione un caso en donde se prefiera utilizar un medidor analógico en lugar d e un medidor digital. ………………………………………………………………………………………………………………………..……… ………….………………………………………………………………………………………………………….………… …………………….……………………………………………………………………………………………….…………

4. ¿Por qué se prefiere utilizar el error relativo en lugar del error absoluto? ………………………………………………………………………………………………………………………..……… ………….………………………………………………………………………………………………………….………… …………………….……………………………………………………………………………………………….…………

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