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EVALUACION DEL PRIMER CORTE DEL SEMESTRE 2019/2, MEDICIONES ELECTRICAS



ASIGNACIÓN PARA EVALUAR EL PRIMER CORTE DE 

MEDICIONES ELÉCTRICAS 


ESCRIBA UN ENSAYO DONDE EXPLIQUE CON SUS PROPIAS 

PALABRAS ¿Qué SON LOS PATRONES DE MEDIDA Y CUAL ES LA 

IMPORTANCIA DE SU EXISTENCIA?  


GUÁRDELO EN UN ARCHIVO PDF Y ENVÍELO AL CORREO 

ELECTRÓNICO alirafa363@gmail.com EN EL TRANSCURSO DE LA 

SEMANA DEL 21-10-19

PROGRAMA DE LA MATERIA MEDICIONES ELECTRICAS


PROGRAMA DE MEDICIONES ELÉCTRICAS

1.-Generalidades sobre las mediciones

    El proceso de medición.

     ¿Qué es medir?

     Tipos de medición

     Errores en la medición

     Instrumentos de medición

     Patrones de medida

    Unidades básicas en la electricidad y electrónica

2. – Señales eléctricas

3.- La seguridad en las mediciones

4,.   Medición de resistencias


5.-  El Osciloscopio

SEGURIDAD EN LAS MEDICIONES



LA SEGURIDAD AL REALIZAR MEDICIONES ELÉCTRICAS

La seguridad es responsabilidad de todo el mundo, pero en última instancia está en su mano. 

Ningún instrumento puede garantizar por sí mismo su seguridad cuando trabaje con electricidad. La máxima protección se obtiene mediante la combinación de los instrumentos adecuados y de procedimientos de trabajo seguros.

 A continuación, le indicamos algunos consejos que pueden resultarle de ayuda en su trabajo:

Asegúrese de que siempre cumple las normas de seguridad (de su país) pertinentes.

Trabaje en circuitos sin ENERGÍA siempre que sea posible.

Utilice los procedimientos de desconexión adecuados.
Si las herramientas utilizadas para ello no están sujetas con firmeza o en el lugar correspondiente, actúe como si el circuito tuviera tensión.

AL TRABAJAR CON TENSIÓN

Utilice equipo de protección cuando trabaje en circuitos con tensión:

•Utilice instrumentos aislados

•Lleve gafas de seguridad o una máscara protectora

•Lleve guantes aislantes y quítese las joyas o relojes de pulsera

•Colóquese sobre una alfombra aislante

•Lleve ropa ignífuga, no ropa habitual de trabajo

SELECCIONE EL INSTRUMENTO DE MEDIDA ADECUADO:

Elija el instrumento de medida que tenga la máxima categoría y tensión que pueda utilizar (en la mayoría de los casos, 600 o 1000 voltios CAT III y/ó 600 voltios CAT IV).

•Busque las marcas de categoría y tensión junto a los conectores de entrada del instrumento de medida y el símbolo de doble aislamiento en la parte posterior.

•Asegúrese de que el instrumento ha sido comprobado y certificado por laboratorios de pruebas independientes, como UL en EE.UU. y VDE o TüV en Europa; busque los símbolos de dichas agencias en (la parte posterior de) su instrumento de medida.

•Asegúrese de que el instrumento de medida se ha fabricado con un material duradero no conductor, de alta calidad.

•Compruebe el manual para asegurarse de que los circuitos de capacidad, ohmios y continuidad están protegidos al mismo nivel que el circuito de medida de tensión, para así reducir los riesgos cuando el instrumento de medida se utilice de forma incorrecta en modo de medida de ohmios o continuidad (si procede).

•Compruebe que el instrumento de medida cuenta con una protección interna para evitar daños cuando se aplica tensión de forma incorrecta en una función de medida de amperios (si procede).

•Asegúrese de que los amperios y tensión de los fusibles del instrumento de medida coinciden con las especificaciones. La tensión de los fusibles debe ser igual o mayor que la tensión nominal del instrumento de medida.

•Asegúrese de utilizar cables de prueba  que tengan:
- Conectores con aislamiento
- Guardadedos y superficie antideslizante
- Categoría de sobretensión igual o mayor que la del instrumento de medida
- Doble aislamiento (busque el símbolo)
- La menor parte posible de metal sin aislamiento en las puntas de sonda

INSPECCIONE Y PRUEBE EL INSTRUMENTO DE MEDIDA:

•Compruebe que la carcasa no está rota, los cables de prueba no están desgastados ni la pantalla parece apagada.

•Asegúrese de que las baterías aún tienen suficiente energía como para obtener lecturas fiables. Muchos instrumentos de medida cuentan con un indicador de batería baja en la pantalla.

•Compruebe la resistencia de los cables de prueba observando si se ha producido alguna rotura interna al desplazarlos  (unos cables adecuados deben medir 0,1-0,3 ohmios).

•Utilice la propia capacidad de prueba del multímetro para asegurarse de que los fusibles están bien colocados y funcionan correctamente (consulte el manual para obtener más información).

SIGA LOS PROCEDIMIENTOS DE TRABAJO ADECUADOS CUANDO TRABAJE EN CIRCUITOS CON TENSIÓN:

•Enganche primero el cable de referencia o de tierra y, a continuación, conecte el cable con tensión. Retire primero el cable con tensión y por último el cable de tierra.

•Utilice el método de prueba de los tres puntos, especialmente al comprobar si un circuito no tiene tensión. Compruebe en primer lugar un circuito con tensión conocido. A continuación, compruebe el circuito deseado. Por último, compruebe de nuevo el circuito con tensión. De esta forma, puede confirmar que el instrumento de medida funciona correctamente antes y después de realizar la medida.

•Cuelgue o apoye el instrumento de medida si es posible. Evite sujetarlo con las manos para reducir al mínimo la exposición a los efectos de transitorios eléctricos.

•Utilice el método tradicional de mantener una mano en el bolsillo. De este modo se reducen las probabilidades de que se produzca un circuito cerrado a través del pecho y del corazón.


CONCEPTOS BÁSICOS DE SEGURIDAD 

Algunos de sus contenidos son:

▪ No pase por alto la seguridad: su vida puede depender de ello

▪ Picos de tensión: un peligro inevitable

▪ Protección contra transitorios

Transitorios: el peligro oculto

Echemos una mirada a una situación con las peores condiciones posibles en la cual un técnico está llevando a cabo mediciones sobre un circuito con tensión de un control de motor polifásico, empleando un multímetro sin las necesarias precauciones de seguridad.

He aquí lo que podría suceder:

1. La caída de un rayo genera un transitorio en la línea de alimentación, el que a su vez ocasiona un arco entre los terminales de entrada dentro del multímetro. Los circuitos y componentes necesarios para prevenir este suceso sencillamente fallaron o faltaban.

Tal vez no se trataba de un multímetro clasificado como CAT III. El resultado es un cortocircuito directo entre las dos terminales de medición a través del multímetro y las puntas de prueba.

2. Por el cortocircuito recién creado fluye una alta corriente de falla, posiblemente de varios miles de amperios. Esto sucede en milésimas de segundo. Cuando se forma el arco dentro del multímetro, una onda de choque de muy alta presión puede generar una explosión fuerte, muy parecida al del disparo de un arma de fuego o la explosión en el tubo de escape de un automóvil. En el mismo momento, el técnico ve destellos de arco de color azul brillante en las puntas de prueba; las corrientes de falla sobrecalientan las puntas de la sonda, que comienzan a quemarse, produciendo un arco desde el punto de contacto hasta la sonda.

3. La reacción natural es retroceder, para alejarse del circuito. Pero a medida que las manos del técnico retroceden, aparece un arco desde la terminal del motor a cada punta de prueba. Si estos dos arcos se unen para formar un arco único, hay ahora otro cortocircuito directo fase con fase, esta vez directamente entre las terminales del motor.

4. Este arco puede tener una temperatura que se aproxima a los 6.000 °C (10.000 °F), que es mayor que la temperatura de un soplete de oxiacetileno. A medida que el arco crece, alimentado por la corriente disponible del cortocircuito, el mismo sobrecalienta el aire circundante.

Se crean tanto una explosión como una bola de fuego de plasma. Si el técnico tiene suerte, la explosión lo arroja hacia atrás y lo retira de la vecindad del arco; aunque golpeado, salva su vida.

En el peor caso, la víctima experimenta quemaduras fatales resultantes del fuerte calor del arco o de la ráfaga de plasma.

Además de utilizar un multímetro clasificado para la categoría adecuada de medición, cualquiera que trabaje con circuitos de alimentación que contengan tensión deberá estar protegido con indumentaria retardante al fuego, deberá utilizar anteojos de seguridad o, mejor aún, una máscara facial de seguridad, y deberá emplear guantes de material aislante.

10 EQUIVOCACIONES COMUNES EN LA REALIZACIÓN DE MEDIDAS ELÉCTRICAS

Recordatorio rápido de lo que no hay que hacer al efectuar comprobaciones eléctricas.

Cualquiera que se gane la vida con la electricidad desarrolla rápidamente un sano respeto por todo aquello que le haga seguir “vivo”. Aunque la presión de hacer el trabajo a tiempo puede producir descuidos y errores poco comunes incluso para los electricistas con más experiencia.

La lista siguiente ha sido  elaborada como un recordatorio rápido de lo que no hay que hacer al efectuar comprobaciónnes eléctricas.

1.- Sustituir el fusible original por otro más barato. Si su multímetro digital se ajusta a las normas de seguridad actuales, su fusible es de un tipo especial de seguridad diseñado para estallar antes de que una sobrecarga alcance su mano. Al cambiar el fusible del multímetro, asegúrese de hacerlo con un fusible del mismo tipo.

2. Utilizar un trozo de alambre o metal para agrupar los fusibles. Puede parecer una solución  rápida cuando no se tienen fusibles suficientes, pero ese fusible puede ser lo que acabe entre usted y una descarga.

3. Utilizar el instrumento de medida incorrecto.
Es importante que el DMM sea el apropiado para su  trabajo. Asegúrese de que el instrumento de medida dispone de la categoría de seguridad “CAT” correcta para cada trabajo que vaya a realizar, incluso si eso supone tener que cambiar de DMM a lo largo del día.

4. Utilizar el DMM más barato. Podrá mejorarlo después ¿no? Quizá no sea así, si termina siendo víctima de un accidente de seguridad porque ese  instrumento barato no contaba realmente con las características de seguridad que anunciaba. Busque  multímetros homologados por, al menos, un laboratorio de pruebas independiente

5.  Dejar las gafas de seguridad en el bolsillo de la camisa. Sáquelas. Póngaselas.  Es importante.
Lo mismo ocurre con los guantes aislantes y la ropa ignífuga.

6. Trabajar en un circuito con tensión. Desconecte el circuito siempre que sea posible. Si la situación requiere trabajar con  tensión, utilice instrumentos convenientemente aislados correctamente, utilice guantes de seguridad, quítese el reloj o cualquier otro tipo de ornamento, colóquese sobre una manta aislante y utilice ropa ignífuga; no utilice ropa normal.

7. No utilizar procedimientos de desconexión correctos.

8. Colocar ambas manos en la medida. ¡No! Al trabajar con circuitos con tensión, recuerde el viejo truco del electricista. Mantenga una mano en el bolsillo. De este modo se reducen las  probabilidades de que se produzca un circuito cerrado a través del pecho y del corazón. Cuelgue o apoye el instrumento si es posible.
Evite sujetarlo con las manos para reducir al mínimo la exposición a los efectos de transitorios  eléctricos.

9. Descuidar los cables. Los cables de medida son un componente importante de la seguridad del DMM. Asegúrese de que los cables coinciden o superan el nivel de seguridad del instrumento de medida Busque cables de medida con aislamiento doble, conectores de entrada aislados, protectores y superficie antideslizante.

10. Conservar su viejo  instrumento de medida para siempre. Los  instrumentos de medida actuales contienen características de seguridad impensables hace unos años, características que hacen que merezca la pena la actualización del equipo y mucho más baratas que una visita a Urgencias.


RIESGO ELÉCTRICO

Muchas personas  mueren en el mundo al  trabajar en instalaciones eléctricas sin tener en cuenta los cuidados requeridos o por cometer imprudencias que lo llevan a correr un riesgo eléctrico.

El riesgo eléctrico es la posibilidad de circulación de corriente eléctrica a través del cuerpo humano. En este caso el cuerpo se comporta como una resistencia y la corriente que circula depende de la ley de ohm.
 El efecto depende de dos factores 1) el tiempo de circulación de la corriente  y 2) la intensidad de la misma.

Puede causar  
1.- Contracción de los músculos 
2.- fibrilación ventricular en el corazón 
3.- Quemaduras derivadas del efecto Joule.

Por ejemplo a  220 voltios, circula una corriente de 147 mA la cual es perjudicial cuando circula por más de 0,17 ms.




MEDICION DE RESISTENCIAS



Medición de resistencias por el método voltímetro-amperímetro

Este método consiste en la aplicación directa de la ley de Ohm, midiendo la corriente Im que circula a través de una resistencia incógnita, y simultáneamente la caída de tensión Vm originada por la circulación de dicha corriente. Si no se tiene en cuenta la perturbación que los Instrumentos introducen en el circuito, la resistencia  desconocida será:

Rm  = Vm / Im

Debido a la utilización de un voltímetro para obtener Vm y de un amperímetro para medir Im,

El sistema presenta las siguientes indeterminaciones:

El valor de la resistencia Rm obtenido como cociente entre Vm (lectura del voltímetro) e Im (Lectura del amperímetro) está afectado de un error sistemático debido al consumo propio de los instrumentos. Para poder conocer el valor real R debemos conocer la magnitud del error (∆R), de esta forma obtenemos:

R  = Rm + - ∆ R

Hay dos forma posibles de conectar el voltímetro en relación a la posición del amperímetro: una de ellas es la "conexión corta" y la otra la " conexión larga".

Conexión corta:

El circuito eléctrico en este caso sería el mostrado en la figura.
En este tipo de conexión, los bornes del voltímetro se conectan directamente a los bornes de la resistencia a medir.
Las referencias de las figuras son:
R = resistencia a medir
Rv = resistencia interna del voltímetro
Ra = resistencia interna del amperímetro
Im = corriente medida por el amperímetro
I = corriente que circula por la resistencia a medir
Iv = corriente de consumo del voltímetro
Vm = tensión leída en el voltímetro
Si aplicamos la ley de Ohm en forma directa con los valores leídos por los instrumentos obtenemos un valor para la resistencia medida:





 Si aplicamos la ley de Ohm en forma directa con los valores leídos por los instrumentos obtenemos un valor para la resistencia medida:

Rm = Vm / Im


Ahora bien, Vm = V es realmente la caída de tensión en los bornes de la resistencia, pero:

Im = I + IV

Es decir, la corriente leída en el amperímetro es la suma dela corriente I que realmente circula por la resistencia y que produce la caída de tensión V, más Iv, corriente de consumo del voltímetro. El valor real de la resistencia es:

R = V / I

Y nosotros por aplicación directa de las lecturas obtenemos:

Rm = Vm / Im = V / (I + Iv)

En consecuencia, Rm <  R (la resistencia obtenida por cociente de las lecturas es menor que el valor real de R); y el error cometido es:

∆ R = Rm – R = Vm / Im  - V / I

Pero  Vm = V    e   Im = I + Iv

∆ R  = V / (I + Iv) – V / I  =  V ( I – I – Iv ) / I ( I + Iv )

∆ R = -V Iv / I (I + Iv)

Pero  V / I = Rv        Iv = V/ Rv           ( I + Iv ) = Im = V / Rm

Reemplazando resulta

∆ R = (-R V / Rv)/ (V / Rm)  = -R Rm / Rv

Entonces el error relativo es    e = ∆R  / R

e = - Rm / Rv

El signo negativo del error nos indica  que cometemos un error por defecto y que disminuye en relación inversa a Rv, lo cual nos indica que la resistencia interna del voltímetro debe tener un valor elevado. También nos dice que mientras la resistencia a medir sea de un valor alto el error cometido es menor.

O sea que este método debe utilizarse para medir resistencias de alto valor.


CONEXIÓN LARGA

En este caso el circuito a utilizar es el siguiente



 Donde   V = caída de tensión en los bornes de la resistencia a medir
R = resistencia incógnita

Va = caída de tensión en los bornes del amperímetro

Vm = V + Va = caída de tensión total que se produce en la resistencia a medir

Luego de hacer el análisis que hicimos para la conexión corta, se llega a la conclusión de que:

R = Rm – Ra  

Podemos observar que si Ra es muy pequeña  R ~= Rm por lo cual un buen amperímetro debe tener una resistencia interna muy baja.
En este caso

∆ R = Rm – R = Ra

Y el error relativo es      e = ∆ R / R = Ra / (Rm –Ra)

Método de comparación
Conceptos e ideas previas a su estudio
  • En este método aparecen simultáneamente un elemento patrón y una incógnita
  • Se utiliza para medir resistencias
  • Se miden caídas de tensión en la incógnita y en el patrón
  • El método se llama de comparación y se comparan las caídas de tensión que produce una misma corriente en la incógnita y en el patrón. Además como se realizan dos lecturas de tensión también es un método de deflexión.
 El problema que tiene éste método es que su exactitud está limitada por la exactitud del voltímetro con el que se realizan las mediciones.
 
El método

Se mide una resistencia incógnita X a través de un método indirecto, la exactitud que se obtiene en la determinación de X es pobre.
Se compara la caída de tensión que se produce en una resistencia incógnita X con la producida en la resistencia patrón.
La resistencia patrón R tiene un valor fijo en ohms y una cierta tolerancia eR expresada en %.

Circuito

U: es la tensión equivalente de Thevenin (voltaje de la fuente)
Re: es la resistencia equivalente de Thevenin (resistencia de la fuente)
X: resistencia incógnita (valor desconocido)
R: resistencia patrón de valor fijo  (valor conocido)

 Primera hipótesis

Si el voltímetro es ideal su resistencia interna Rv es muy grande, teóricamente infinita, en consecuencia no existiría error sistemático de inserción en la medición de las caídas de tensión en X y R.
Para esta hipótesis vale:
Vx    =  I  X
VR   = I   R
 Si dividimos  la primera expresión entre la segunda tenemos:
          Vx   / VR   =  I  X   /   I   R
         Como la corriente es la misma nos queda
          Vx   / VR   =   X   /     R
  • Cuando Rv~= infinito, estamos suponiendo que el voltímetro es ideal y no se comete error sistemático.
Debemos tener presente que el error sistemático no es un problema porque es posible calcularlo.
Pretendemos hacer él     e  ~=0 para usar la expresión más simple en el cálculo de X.

Método de sustitución

Conceptos e ideas previas
  • Se requiere un patrón variable de la misma naturaleza que la incógnita
  • Se necesita un detector que sea capaz de notar las diferencias que se producen cuando el patrón es reemplazado por la incógnita
  • Cuando la incógnita X tiende al valor que tiene el patrón P, decimos en principio que el error con el cual conocemos a X es el error correspondiente al patrón, pero a éste error se debe sumar otro que se origina por la falta de sensibilidad del conjunto para detectar variaciones entre patrón e incógnita; este error de denomina error de insensibilidad.
  • El error de insensibilidad aparece en los métodos de sustitución y en los métodos de cero (puentes de medición, compensadores)
  • El método de sustitución típicamente es un método de deflexión, pero también puede ser un método de cero, en ésta última variante puede alcanzar exactitudes muy altas
El método de sustitución es un método indirecto que permite medir:
  Resistencias en corriente continua, cometiendo un error inferior al de un ohmetro
  Impedancias en corriente alterna
El esquema básico de medición es



 
Ventajas
Desventajas
1-. El error del detector no influye
2-. Es método muy exacto y rápido
Emplea un patrón variable que siempre es menos exacto que un patrón fijo.

 
Fases de operación

El elemento patrón es variable y se comparan siempre elementos de la misma magnitud

Patrón
Incógnita
R
R
L
L
C
C

Se conecta alternativamente patrón e incógnita.
El patrón se va variando hasta conseguir que produzcan el mismo efecto en el detector.
El detector solo detecta, no mide.

Caso particular

El objetivo es medir una resistencia X en corriente continua; la disposición circuital es la siguiente.
X: es la incógnita
R: es la resistencia patrón

Re: es la resistencia equivalente de Thevenin (de la fuente)
U: tensión equivalente de Thevenin (de la fuente)
El amperímetro es usado como detector y además como elemento de prevención para que la corriente no supere los valores de corriente admisible de los resistores.
La idea es que la corriente que circule por X y R sea la misma, por lo tanto el amperímetro solo debe detectar la misma cantidad, es más, no debe medir y no interesa la corriente que circule siempre y cuando no comprometa térmicamente a los resistores.
Las exigencias para el amperímetro son que sea preciso; no interesa su exactitud.
Cuando el detector indica la igualdad, entonces:

X   =   R
Errores fortuitos
Los errores que afectan a X son
  • El error de tolerancia eR del resistor patrón variable
  • El error de insensibilidad ei
El error de insensibilidad ei
Este error está presente en todos aquellos métodos en los cuales la indicación del instrumento es utilizada para asegurar el cumplimiento de una determinada condición circuital.
En nuestro caso particular se produce por no saber con exactitud la posición de la aguja cuando indica la igualdad de efectos.
Si el amperímetro es analógico, debido a la resolución del mismo no podemos determinar si las indicaciones fueron las mismas.

Si fuera digital, el error estaría en el último dígito de la presentación.
Es decir que el error se corresponde con la resolución del aparato.
Podemos definir la resolución del instrumento como la más pequeña variación que puede ser detectada en el instrumento.