cuadernillo de mediciones electricas y electronicas

Colegio de Educación Profesional Técnica del Estado de Durango

Plantel Centro Mexicano-Francés

INSTITUTO MEXICANO-FRANCES

CONALEP

CUADERNILLO DE MEDICION DE VARIABLES ELECTRICAS Y ELECTRONICAS.

Profesor: Ing. Roberto Cuellar Alcalá.

ALUMNO: _______________________________

GRUPO: _______________________________

COLEGIO NACIONAL DE EDUCACION PROFESIONAL

“EDUCACION DE CALIDAD PARA LA COMPETITIVIDAD”

GOMEZ PALACIO, DGO.

CUADERNILLO DE APUNTES DE LA MATERIA: MEDICION DE VARIABLES ELECTRICAS Y ELECTRONICAS

REVISION 01: a 28 de Noviembre del 2014

Formación Técnica:___________________

ING. Roberto Cuellar Alcalápágina 1



INDICE.

UNIDAD 1: Manejo de instrumentos y equipos de medición de variables. (50 horas)

Propósito de la unidad: Manejar instrumentos y equipos de medición de variables eléctricas y electrónicas, presentes en los sistemas y equipos con los que interactúa, considerando sus principios de funcionamiento.

TEMAS PÁGINA

1.1 Identificar los fundamentos teóricos de los procesos deMedición de Variables……………………………………………………….……………….7

Eléctricas y electrónicas, mediante cálculos y conversiones de unidades de Medida. (10 horas)A) Identificación de fundamentos de los procesos de medición.1.1.1 Manejo de sistemas de unidades.- Sistema CGS.- Sistema MKS- Sistema Ingles.- Sistema internacional (S.I.).1.1.2 Patrones y calibración.1.1.3 Concepto de medida.1.1.4 Características de las mediciones.- Precisión.- Exactitud.- Sensibilidad.- Repetitividad y reproducibilidad.1.1.5 Errores en mediciones y su reducción.B) Identificación de parámetros y variables eléctricas y electrónicas en sistemas y equipos.1.1.6 Tipos de corriente eléctrica.1.1.7 Formas de onda.1.1.8 Frecuencia, período y amplitud.1.1.9 Valor promedio y valor eficaz.1.1.10 Corriente, voltaje y resistencia.1.1.11 Potencia eléctrica.

1.2 Maneja instrumentos y equipos básicos de medición de variables ..……20Eléctricas y electrónicas, considerando las recomendaciones




Técnicas del fabricante. (20 horas) Realiza la medición de resistencia, voltaje y corriente de un circuito propuesto por el docente, con instrumentos, comparando los resultados obtenidos analíticamente.A. Manejo de medidores electromecánicos (analógicos) y electrónicos (digitales).1.2.1 Ventajas y desventajas.1.2.2 Voltímetros.1.2.3 Amperímetros.1.2.4 Amperímetro de gancho.1.2.5 Óhmetros.B. Medición de corriente y voltaje en C.A. y C.D. con medidores electromecánicos y electrónicos.1.2.6 Procedimientos de medición.1.2.7 Normas de seguridad.

1.3 Maneja instrumentos y equipos avanzados de medición de variables………..25

Eléctricas y electrónicas, considerando las recomendaciones técnicas

Del fabricante. (20 horas)

A. Manejo de instrumentos avanzados de medición de variables eléctricas y electrónicas. 1.3.1 Generadores de señales. - Funcionamiento. - Operación. - Aplicación.

1.3.3 Osciloscopio digital. - Funcionamiento. - Operación. - Aplicación.

B. Medición de parámetros de señales eléctricas y electrónicas con instrumentos avanzados de medición. 1.3.4 Procedimientos de medición. 1.3.5 Normas de seguridad




UNIDAD 2: Medición de variables eléctricas y electrónicas en maquinaria y equipo………………………………………………………………………..…29 (40 horas)Propósito de la unidad: Medir variables eléctricas y electrónicas en maquinaria y equipo, considerando las recomendaciones y normas de seguridad aplicables.

2.1 Mide los parámetros de operación de maquinaria y equipo eléctrico electrónico, considerando la naturaleza y tipo de fuente que los alimenta. ……………………..35 (20 horas)2.1.1 Construye tres de los cinco puentes de medición y mide variables de un circuito o equipo propuesto por el docente, aplicando métodos de medición.2.1.2 Análisis de los diagramas de los puentes seleccionados.2.1.3 Puentes de medición construidos.2.1.4 Reporte que incluya las tablas con las mediciones obtenidas.2.1.5 Rubrica.A. Medición y prueba de dispositivos y elementos eléctricos y electrónicos.2.1.6 Resistencias (varios métodos).2.1.7 Tipos de resistencias.2.1.8 Métodos de medición de resistencias.2.1.9 Inductancia y capacitancia.2.1.10 Reactancia capacitiva e inductiva.2.1.11 Voltaje y corriente.2.1.12 Métodos de medición.B. Levantamiento de mediciones con puentes.2.1.13 Puentes de medición.2.1.14 Wheatstone.2.1.15 Kelvin.2.1.16 De C.A.2.1.17 Maxwell.2.1.18 Schering.2.1.19 Wien.2.1.20 Condiciones de equilibrio.2.1.21 Aplicaciones. C. Prueba de dispositivos semiconductores.2.1.22 Diodos.2.1.23 Transistores.




2.2 Mide la potencia y energía de circuitos presentes en equipos y sistemas Eléctricos y electrónicos, considerando los efectos de carga inducidos al Instrumento de medición empleado. (20 horas)…………………………….…………39

2.2.1 Realiza la medición de potencia y energía en cd y ca de un circuito propuesto por el docente, considerando los efectos de carga inducido.

2.2.2 Tabla de mediciones realizadas. Rúbrica.A. Medición de la potencia y energía de circuitos. Potencia y energía en C.C. Potencia y energía en C.A.- monofásica- bifásica- trifásica- Factor de potencia.B. Determinación de los efectos de carga de los instrumentos en las mediciones. Impedancia de los instrumentos de medición Sondas o puntas de prueba




Estimados alumnos: por lo general, los jóvenes como ustedes han oído mencionar, o han llegado a pensar que la materia de medición de variables eléctricas y electrónicas es una materia por demás difícil y aburrida. Sin embargo dichos comentarios son totalmente erróneos, puesto que el día que ustedes decidieron inscribirse en este taller se enteraron de todo lo que este contendría, y esta materia es esencial para este taller, además, esta materia no es difícil, mucho menos aburrida, ya que tendremos la oportunidad de practicar lo que aprendamos en el taller, nuestro taller. MECATRÓNICA es una ingeniería que une varias ramas de la industria, por ejemplo: electrónica, Mecánica, Computación, Control Automático, Robótica, Neumática, Microprocesadores, Circuitos, etc. Este cuadernillo, al igual que la materia, consta de dos unidades. En la primera unidad, investigaremos las bases de los procesos de medición de variables eléctricas y electrónicas, además, manejaremos distintos instrumentos de medición, tales como el multímetro. En la segunda unidad, mediremos potencia y energía de circuitos elaborados por nosotros, sin olvidarnos de cumplir los objetivos propuestos para cada uno. Entonces acompáñenme y adentrémonos en el maravilloso mundo de la Mecatrónica, y así desarrollarnos como grandes ingenieros en esta.

CON AFECTO SINCERO, LES DOY LA MÁS CORDIAL BIENVENIDA A SU FUTURO.

ING. ROBERTO CUELLAR ALCALA

TITULAR DE LA MATERIA Y CREADOR DE ESTE CUADERNILLO

COMO MATERIAL DE APOYO PARA ESTE MODULO.




ANTECEDENTES HISTÓRICOS DE MEDICIÓN DE VARIABLES ELÉCTRICAS Y ELECTRÓNICAS.

La medición de variables eléctricas y electrónicas es, como su nombre lo dice: aprender a medir, reconocer, y acomodar o encontrar los valores de cada uno de los componentes de un circuito, así como también de este.




UNIDAD 1 Manejo de instrumentos y equipos de medición de variables.

Identificar los fundamentos teóricos de los procesos de medición de variables eléctricas y electrónicas, mediante cálculos y conversiones de unidades de medida.

1.1.1 Manejo de sistemas de unidades.

Concepto: Un sistema de unidades es un conjunto consistente de unidades de medida. Definen un conjunto básico de unidades de medida a partir del cual se derivan el resto. Existen varios sistemas de unidades:

- Sistema CGS.

- Sistema MKS

- Sistema Ingles.

- Sistema internacional (S.I.).

- Sistema CGS:

El sistema cegesimal de unidades, también llamado sistema CGS, es un sistema de unidades basado en el centímetro, el gramo y el segundo. Su nombre es el acrónimo de estas tres unidades.

El sistema CGS ha sido casi totalmente reemplazado por el Sistema Internacional de Unidades. Sin embargo aún perdura su utilización en algunos campos científicos y técnicos muy concretos, con resultados ventajosos en algunos contextos. Así, muchas de las fórmulas del electromagnetismo presentan una forma más sencillas cuando se las expresa en unidades CGS, resultando más simple la expansión de los términos en v/c.

La Oficina Internacional de Pesos y Medidas, reguladora del Sistema Internacional de Unidades, valora y reconoce estos hechos e incluye en sus boletines referencias y equivalencias de algunas unidades electromagnéticas del sistema CGS gaussiano, aunque desaconseja su uso. A diferencia del SI, el sistema CGS no determina si debe haber una dimensión adicional para las magnitudes electromagnéticas (en el SI es la corriente). De ahí que haya varios sistemas cegesimales en función de cómo se tratan las constantes y . Las ecuaciones se ajustan según el sistema concreto adoptado, aunque en la práctica apenas se usa más que el de Gauss, donde ambas constantes se toman como 1 y a cambio aparece explícitamente c. Las dimensiones, así, pueden tener exponentes semienteros. En el SI la corriente eléctrica se define mediante la intensidad del campo magnético que presenta, y la carga eléctrica se define como corriente




eléctrica por unidad de tiempo. En una variedad del CGS, el ues o unidades electrostáticas, la carga se define como la fuerza que ejerce sobre otras cargas, y la corriente se define como carga por unidad de tiempo. Una consecuencia de este método es que la Ley de Coulomb no contiene una constante de proporcionalidad.

Por último, al relacionar los fenómenos electromagnéticos al tiempo, la longitud y la masa, dependen de las fuerzas observadas en las cargas. Hay dos leyes fundamentales en acción: la Ley de Coulomb, que describe la fuerza electrostática entre cargas, y la ley de Ampere (también conocida como la ley de Biot-Savart), que describe la fuerza electrodinámica (o electromagnética) entre corrientes.

Cada una de ellas contiene las constantes de proporcionalidad y . La definición estática de campo magnético tiene otra constante, . Las dos primeras constantes se relacionan entre sí a través de la velocidad de la luz, (la razón entre y debe ser igual a ).

TABLA 1. De este modo se tienen varias opciones:

Sistema

CGS electrostático

CGS electromagnético

CGS Gaussiano

SI




Una característica del sistema CGS gaussiano es que el campo eléctrico y el campo magnético tienen las mismas unidades. Existe aproximadamente media docena de sistemas de unidades electromagnéticas en uso, la mayoría basados en el sistema CGS. Estos incluyen el uem o unidades electromagnéticas (escogidas de tal manera que la Ley de Biot-Savart no tenga constante de proporcionalidad), Gaussiano y unidades Heaviside-Lorentz. Para complicar más el asunto, algunos físicos e ingenieros utilizan para el campo eléctrico unidades híbridas, como voltios por centímetro.

Unidades del sistema cegesimal

Magnitud Nombre Símbolo Definición Equivalencia

longitud centímetro cm cm 0,01 m

masa gramo g g 0,001 kg

tiempo segundo s s 1 s

aceleración gal Gal cm/s2 0,01 m/s2

fuerza dina dyn g.cm/s2 10-5 N

energía ergio erg dyn cm 10-7 J

potencia ergio por segundo erg s-1 10-7 W

presión baria baria dyn/cm2 0,1 Pa

viscosidad dinámica poise P g (cm s)-1 0,1 Pa s

viscosidad cinemática Stokes St cm2s-1 10-4 m2s-1

carga eléctrica franklin Fr dyn½cm 3,336 641 × 10-




o statcoulomb 10 C

potencial eléctrico statvolt 299,7925 V

campo eléctrico statvolt por cm dyne Fr-1

flujo magnético maxwell Mx G cm2 10-8 Wb

densidad de flujo magnético gauss Gs, G Mx cm-2 10-4 T

intensidad del campo magnético oersted Oe (103/4π) A/m

intensidad de corriente statamperio 3.335 641 × 10-

10 A

resistencia statohmio 8.987 552 × 1011 Ω

Capacidad eléctrica statfaradio o «centímetro» «cm» 1,113 × 10-12 F

inductancia stathenrio 8,988 × 1011 H

número de onda kayser 1 cm-1

Los coeficientes 2998, 3336, 1113 y 8988 se derivan de la velocidad de la luz; exactamente valen 299792458, 333564095198152, 1112650056 y 89875517873681764.

Un «centímetro» de capacidad es la capacitancia de una conductora esfera de 1 cm radio en el vacío.




- Sistema MKS:

El sistema MKS de unidades es un sistema de unidades que expresa las medidas, utilizando como unidades fundamentales metro, kilogramo y segundo (MKS).

El sistema MKS de unidades sentó las bases para el Sistema Internacional de Unidades, que ahora sirve como estándar internacional. El sistema MKS de unidades nunca ha tenido un organismo regulador, por lo que hay diferentes variantes que dependen de la época y el lugar.

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:

METRO: El metro (símbolo m) es la unidad principal de longitud del Sistema Internacional de Unidades. Un metro es la distancia que recorre la luz en el vacío durante un intervalo de 1/299 792 458 de segundo. Su símbolo es m (adviértase que no es una abreviatura: no admite mayúscula, punto ni plural).

La unidad de masa es el kilogramo:

KILOGRAMO: Desde 1889, el Sistema Internacional de Medidas define que la unidad debe ser igual a la masa del prototipo internacional del kilogramo (IPK), que se fabrica con una aleación de platino e iridio (en proporción de 90% y 10%, respectivamente, medida por el peso) y se trabaja a máquina en forma de cilindro circular recto (con una altura igual al diámetro) de 39 milímetros.

La unidad de tiempo de todos los sistemas de unidades es el segundo.

SEGUNDO: Hasta 1967 se definía como 1/86.400 ava parte de la duración que tuvo el día solar medio entre los años 1750 y 1890 y, a partir de esa fecha, su medición se hace tomando como base el tiempo atómico. Según la definición del Sistema Internacional de Unidades:




Un segundo es la duración de 9 192 631 770 oscilaciones de la radiación emitida en la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del isótopo 133 del átomo de cesio (133Cs), a una temperatura de 0 K. el segundo medido a partir del tiempo atómico es más estable que la rotación de la Tierra, lo que obliga a ajustes destinados a mantener concordancia entre el tiempo atómico y el tiempo solar medio.

- Sistema Ingles:

El sistema inglés de unidades o sistema imperial, es aún usado ampliamente en los Estados Unidos de América y, cada vez en menor medida, en algunos países con tradición británica. Debido a la intensa relación comercial que tiene nuestro país con los EUA, existen aún en México muchos productos fabricados con especificaciones en este sistema. Ejemplos de ello son los productos de madera, tornillería, cables conductores y perfiles metálicos. Algunos instrumentos como los medidores de presión para neumáticos automotrices y otros tipos de manómetros frecuentemente emplean escalas en el sistema inglés.

El Sistema Inglés de unidades son las unidades no-métricas que se utilizan actualmente en los Estados Unidos y en muchos territorios de habla inglesa (como en el Reino Unido), pero existen discrepancias entre los sistemas de Estados Unidos e Inglaterra. Este sistema se deriva de la evolución de las unidades locales a través de los siglos, y de los intentos de estandarización en Inglaterra. Las unidades mismas tienen sus orígenes en la antigua Roma. Hoy en día, estas unidades están siendo lentamente reemplazadas por el Sistema Internacional de Unidades, aunque en Estados Unidos la inercia del antiguo sistema y el alto costo de migración ha impedido en gran medida el cambio.

TABAL 2. Unidades de medidas inglesas




Medida Unidad de medida Abreviatura Equivalencias

Longitud milla m 1 m = 1760 yd

1 milla = 5280 ft

yarda yd 1 yd = 36 in

1 yd = 3 ft

pie ft 1 ft = 12 in (pulgadas)

1ft = 0.33333 yardas (yd)

pulgada in 1 pulgada (in) = 0.8333 pies (ft)

Peso libra lb 1 lb = 16 oz

onza oz 1 onza (oz) = 0.0625 libra (lb)

Volumen galón gl 1 galón = 3.7851 l

onzas fluidas fl oz 0.0295741 = 29.574 ml

Sistema inglés de medidas Sistema métrico decimal

Longitud

1 milla 1.60 kilómetros

1 pulgada 2.54 centímetros

1 pie 30.48 centímetros

1 yarda 91.4 centímetros

Peso

1 onza 28.3 gramos

1 libra 0.453 gramos

Volumen

1 galón 3.785 litros

1 onza fluida o líquida 0.029 litros = 29 mililitrosING. Roberto Cuellar Alcalá

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- Sistema internacional (S.I.):

El Sistema Internacional de Unidades (SI), conocido también como el sistema métrico moderno, es el estándar científico de pesas y medidas. Este sistema se compone de siete unidades básicas y muchas unidades suplementarias, derivadas y especiales. También alberga ciertas unidades que no pertenecen propiamente al sistema pero que son de uso común. La abreviatura de la unidad es igual en singular y en plural (1 cm, 15 cm) y sólo al final de la oración se coloca un punto después de la abreviatura.

Unidades básicas del SI

•Longitud- metro (m)

•Masa- kilogramo (kg)

•Tiempo- segundo (s)

•Intensidad de corriente eléctrica- ampere (A)

•Temperatura termodinámica- kelvin (K)

•Cantidad de sustancia- mol (mol)

•Intensidad lumínica- candela (cd)

Otras unidades incluidas o aceptadas en el SI

•caloría- cal

•centímetro- cm

•centímetro cúbico- cm3 (cc está en desuso)




•día- d

•grado Celsio- oC (grado centígrado está en desuso)

•gramo- g

•hectárea- ha

•hectómetro- hm

•hora- h

•kilogramo- kg

•kilómetro- km

•litro- l o L

•metro- m

•micrómetro- µm (micrón y micra están en desuso)

•miligramo- mg

•minuto- min

•mililitro- ml o mL

•milisegundo- ms

•milivoltio- mv

•partes por billón- ppb (billón significa un millar de millones en Norteamérica y un millón de millones en Europa)

•partes por millón- ppm

•segundo- s

•tonelada métrica- t

•voltio- v

Particularidades del SI

•Se deja un espacio entre el número y la unidad de medida. Incorrecto: 15m, 30%, 37oC. Correcto: 15 m, 30 %, 37 oC. Referencia: Salisbury, F. B. 1998. Standardizing with SI units. BioScience 48(10): 827-835.




•No se deja espacio entre el número y la unidad cuando se trata de ángulos y medidas de longitud o latitud (45o, 30o 15' 5" norte).

•Se usan espacios para dividir los números grandes en grupos de tres, tanto a la izquierda como a la derecha del punto decimal. Incorrecto: 143,570 y 21.345678. Correcto: 143 570 y 21.345 678.

•Los números de cuatro dígitos se escriben con o sin espacio, pero sin coma. Incorrecto: 8,240. Correcto: 8240 y 8 240.

•No se mezclan sustantivos con las unidades de medida. Incorrecto: El contenido es 30 ml H2O/kg. Incorrecto: El contenido es 30 ml agua/kg. Correcto: El contenido de agua es 30 ml/kg.

1.1.2 Patrones y calibración.

1.1.3 Concepto de medida.

Una medida es el resultado de la comparación de una magnitud con otra de la misma especie que se toma como unidad. Estas medidas pueden realizarse de dos formas:

1) Por comparación directa con el patrón, por ej., medir la longitud de una mesa con un metro; a este proceso se le llama medición directa.

2) Por aplicación de una teoría, midiendo directamente un resultado a partir del cual puede deducirse el valor que se busca, por ej., se puede medir la corriente eléctrica que pasa por un circuito por la desviación que provoca en un imán suspendido en un hilo; éste es el llamado proceso de medición indirecta. En cualquier caso toda medida está sometida a errores, los cuales determinan su precisión.

TABLA 3. Unidades de medida, definición y símbolo de magnitudes físicas.




1.4 Características de las mediciones.- Precisión.


Magnitud Unidad Definición SímboloSuperficie metro2 m⦁m m2

Volumen metro3 m⦁m⦁m m3

Velocidad metro ⦁segundo m /s (m /s ) vAceleración metro ⦁segundo2 m /s2 (m /s¿¿2)a¿

Fuerza Newton Kgm /s2 NPresión Pascal N /m2 Pa

Densidad masa ⦁metro3 Kg /m2 PInductancia Henry Henry HenryIntensidad Magnética

Tesla V /m2 Te

Potencial Watt /Vatio V ⦁A w /vaDiferencia de

Potencial Volt V A ⦁Ω

Resistencia Eléctrica Ohm V / A R/Ω

Conductancia Eléctrica Siemens A/V S/Ʊ

Capacidad Eléctrica Faradio C−V ƒ

Trabajo/Energía Julio/Juls T=F ⦁ d N ⦁mFlujo Magnético weber y−s−1 Wb

Frecuencia Hertz S−1 HzCarga Eléctrica Coulum A−S CFlujo Luminoso Candela Cd−Sr Lm

Luminosidad Lux lm−m2 Lx



Precisión se refiere a la dispersión del conjunto de valores obtenidos de mediciones repetidas de una magnitud. Cuanto menor es la dispersión mayor la precisión. Una medida común de la variabilidad es la desviación estándar de las mediciones y la precisión se puede estimar como una función de ella.- Exactitud.Exactitud se refiere a cuán cerca del valor real se encuentra el valor medido. En términos estadísticos, la exactitud está relacionada con el sesgo de una estimación. Cuanto menor es el sesgo más exacta es una estimación.Cuando expresamos la exactitud de un resultado se expresa mediante el error absoluto que es la diferencia entre el valor experimental y el valor verdadero.También es la mínima variación de magnitud que puede apreciar un instrumento.- Sensibilidad.sensibilidad es la capacidad de detectar ondas o señales de forma mas precisa. Si un aparato no dispone de mayor sensibilidad, este tendrá mas problemas en detectar ondas o señales.- Repetitividad y reproducibilidad.Repetibilidad (r)De acuerdo con el VIM (Vocabulario Internacional de Metrología) la repetibilidad de resulta-dos de mediciones es: La proximidad de concordancia entre los resultados de mediciones sucesivas del mismo mensurando bajo las mismas condiciones de medición. Donde: (1) Estas condiciones son llamadas condiciones de repetibilidad.(2) Las condiciones de repetibilidad incluyen: el mismo procedimiento de medición, el mismo observador, el mismo instrumento de medición, utilizado bajo las mis-más condiciones, el mismo lugar, repetición en un periodo corto de tiempo. (3) La repetibilidad puede ser expresada cuantitativamente en términos de la dispersión característica de los resultados. Tradicionalmente en los estudios r&R se le conoce como la variabilidad interna a la condición.Reproducibilidad (R)De acuerdo con el VIM la reproducibilidad de resultados de mediciones es: La proximidad de concordancia entre los resultados de mediciones sucesivas del mismo mensurando bajo condiciones de medición que cambian. Donde: (1) Una declaración válida de reproducibilidad requiere que se especifique la condición1.1.5 Errores en mediciones y su reducción.se define como la diferencia entre el valor medido y el valor verdadero. Afectan a cualquier instrumento de medición y pueden deberse a distintas causas. Las que se pueden de alguna manera prever, calcular, eliminar mediante calibraciones y compensaciones, se denominan determinísticos o sistemáticos y se relacionan con la exactitud de las mediciones. Los que no se pueden prever, pues dependen de causas desconocidas, o estocásticas se denominan aleatorios y están relacionados con la precisión del instrumento.




B) Identificación de parámetros y variables eléctricas y electrónicas en sistemas y equipos.1.1.6 Tipos de corriente eléctrica.Existen dos tipos de corriente eléctrica: directa y alterna.La corriente directa o corriente continua es aquella en la que las cargas eléctricas o electrones fluyen siempre en el mismo sentido en un circuito eléctrico cerrado, moviéndose del polo negativo hacia el polo positivo de una fuente de fuerza electromotriz, tal como ocurre en las baterías, las dinamos o en cualquier otra fuente generadora de ese tipo de corriente eléctrica. La corriente directa presenta diferentes tipos de señal.

*Señal de diente de sierra.

C. Directa No cambia | de Polaridad. *Señal cuadrada.

*Señal escalonada.

Figura 1. Tipos de señales de la corriente directa.La corriente alterna cambia constantemente de polaridad, es decir, es la corriente que alcanza un valor pico en su polaridad positiva, después desciende a cero y, por último, alcanza otro valor pico en su polaridad negativa o viceversa. La corriente alterna también se puede representar de diferentes formas.

A

*Señal monofásica.ING. Roberto Cuellar Alcalá

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C. Alterna.Cambia de *Señal trifásica.Polaridad.

*Señal polifásica.

Figura 2. Formas de señales de la corriente alterna.

Figura 4. Frecuencia, período y amplitud.

Frecuencia: son las veces que una señal alterna cambia de polaridad. Para calcular la frecuencia de una onda, se contabilizan un número de oscilaciones de esta teniendo en cuenta un intervalo temporal, luego estas repeticiones se dividen por el tiempo transcurrido. Según el Sistema Internacional (SI), la frecuencia se mide en hercios (Hz), en honor a Heinrich Rudolf Hertz. Un hercio es la frecuencia de un suceso o fenómeno repetido una vez por segundo. Así, un fenómeno con una frecuencia de dos hercios se repite dos veces por segundo. Esta unidad se llamó


+VM

-Vm

Longitud de onda

Valle

Am

pli

tud

Tiempo

Vmax

Vef

Frecuencia C/S

ABC

ABCDE

Periodo

Cresta



originariamente “ciclo por segundo” (cps). Otras unidades para indicar la frecuencia son revoluciones por minuto (rpm).

Periodo: Es el tiempo que dura una onda completa, tanto en la señal alterna como en la señal directa.Amplitud: Es el valor que alcanza una onda.

1.1.9 Valor promedio y valor eficaz.Valor Eficaz El valor eficaz de una corriente alterna, se obtiene en función del efecto que produce sobre una resistencia determinada, comparativamente con el efecto que en esa misma resistencia produce una corriente continua. Una corriente alterna que produce un calentamiento determinado de una resistencia dada, igual al calentamiento que en esa mis resistencia produce una corriente continua de I amperes, se dice que tiene un valor eficaz de I amperes.

Figura 1.1.10 Corriente, voltaje y resistencia.Corriente:La corriente eléctrica o intensidad eléctrica es el flujo de carga eléctrica por unidad de tiempo que recorre un material. 1 Se debe al movimiento de las cargas (normalmente electrones) en el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C/s (culombios sobre segundo), unidad que se denomina amperio. Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético, un fenómeno que puede aprovecharse en el electroimán.


Vmax: 160V

Vef: 120V

+VM

-Vm



El instrumento usado para medir la intensidad de la corriente eléctrica es el galvanómetro que, calibrado en amperios, se llama amperímetro, colocado en serie con el conductor cuya intensidad se desea medir.

Voltaje:El voltaje es la magnitud física que, en un circuito eléctrico, impulsa a los electrones a lo largo de un conductor. Es decir, conduce la energía eléctrica con mayor o menor potencia.Voltaje y voltio son términos en homenaje a Alessandro Volta, que en 1800 inventara la pila voltaica y la primera batería química.El voltaje es un sinónimo de tensión y de diferencia de potencial. En otras palabras, el voltaje es el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo eléctrico sobre una partícula para que ésta se mueva de un lugar a otro. En el Sistema Internacional de Unidades, dicha diferencia de potencial se mide en voltios (V), y esto determina la categorización en “bajo” o “alto voltaje”.Un voltio es la unidad de potencial eléctrico, fuerza electromotriz y voltaje.

Resistencia:Se le llama resistencia eléctrica a la mayor o menor oposición que tienen los electrones para desplazarse a través de un conductor. La unidad de resistencia en el sistema internacional es el ohm, que se representa con la letra griega omega (Ω), en honor al físico alemán George Ohm, quien descubrió el principio que ahora lleva su nombre.

Primero lo primero, hay una ley que abarca estos tres tipos de medición.

La ley de Ohm.El ohmio (también ohm) es la unidad de medida de la resistencia que oponen los materiales al paso de la corriente eléctrica y se representa con el símbolo o letra griega Ω (omega).Esta ley relaciona los tres componentes que influyen en una corriente eléctrica, como son la intensidad (I), la diferencia de potencial o tensión (V) y la resistencia (R) que ofrecen los materiales o conductores.La Ley de Ohm establece que "la intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo", se puede expresar matemáticamente en la siguiente fórmula o ecuación:


V I R



I

donde, empleando unidades del Sistema internacional de Medidas , tenemos que: I = Intensidad en amperios (A) V = Diferencia de potencial en voltios (V) R = Resistencia en ohmios (W o Ω).Léase: La intensidad (en amperios) de una corriente es igual a la tensión o diferencia de potencial (en voltios) dividido o partido por la resistencia (en ohmios).De acuerdo con la “Ley de Ohm”, un ohmio (1 W o Ω) es el valor que posee una resistencia eléctrica cuando al conectarse a un circuito eléctrico de un voltio (1 V) de tensión provoca un flujo o intensidad de corriente de un amperio (1 A).La resistencia eléctrica, por su parte, se identifica con el símbolo o letra (R) y la fórmula general (independientemente del tipo de material de que se trate) para despejar su valor (en su relación con la intensidad y la tensión) derivada de la fórmula general de la Ley de Ohm, es la siguiente:

V=IRMás sin embargo, para calcular la resistencia en un circuito, ya sea en paralelo o en serie se necesitan distintas fórmulas:

Circuito en serie. R1

R2 Req= R1+R2+Rn.

SERIE PARALELO


VCD



V Vt=V1+V2+…..Veq V Vt=V1+V2=VeqI It=I1+I2=Ieq. I It=I1+I2=Ieq

R Rt=R1+R2=Req R Rt= 1

1R1

+ 1R2

= 1Req

Georg Ohm, creador de la ley de Ohm.

Ejemplos:Circuito en serie.

eq= R1+R2= 5+6= 11Ω

I=V/R= 9/11= .818A

Circuito en paralelo. It=V/R= (9/5)+(9/4)= 4.05A


9VCD

R1=5Ω

R2=6Ω

I=?



Ejercicios.

1.- ¿Cuál es la Req?R=9 Ω2.- ¿Cuál es la corriente total? R=1.333ª


R1 5Ω

R2 4Ω

It

I1 I2

9VCD Req= 1

1R1

+ 1R2

R1=0.20R2=0.250.45

10 .45

=2.222

R1=3Ω

R2=6Ω12VCD

It



1.- ¿Cuál es la Req?R= 2.732Ω2.- ¿Cuál es la corriente total?R= 3.294A

1.1.11 Potencia eléctrica.La potencia eléctrica es la relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado. La unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el vatio (watt).Cuando una corriente eléctrica fluye en cualquier circuito, puede transferir energía al hacer un trabajo mecánico o termodinámico. Los dispositivos convierten la energía eléctrica de muchas maneras útiles, como calor, luz (lámpara incandescente), movimiento (motor eléctrico), sonido (altavoz) o procesos químicos. La electricidad se puede producir mecánica o químicamente por la generación de energía eléctrica, o también por la transformación de la luz en las células fotoeléctricas. Por último, se puede almacenar químicamente en baterías.La energía consumida por un dispositivo eléctrico se mide en vatios-hora (Wh), o en kilovatios-hora (kWh). Normalmente las empresas que suministran energía eléctrica a la industria y los hogares, en lugar de facturar el consumo en vatios-hora, lo hacen en kilovatios-hora (kWh). La potencia en vatios (W) o kilovatios (kW) de todos los aparatos eléctricos debe figurar junto con la tensión de alimentación en una placa metálica ubicada, generalmente, en la parte trasera de dichos equipos. En los motores, esa placa se halla colocada en uno de sus costados y en el caso de las bombillas de alumbrado el dato viene impreso en el cristal o en su base.


I1 I2

R1 6Ω

R2 5Ω

9VCD



La potencia se puede calcular con distintas fórmulas:P=V/IP=I 2RP=V 2/RP=w/t

Ejemplo.

Pt=P1+P2+Pn P1= I ( .818 A )2 R1 (5Ω)=3.34 w

P2= I( .818 A )2R2 (6Ω)=4 .01w

Pt=P1(3.34w)+P2(4.01w)=7.35w

Maneja instrumentos y equipos básicos de medición de variables eléctricas y electrónicas, considerando las recomendaciones técnicas del fabricante.

1.2 Realiza la medición de resistencia, voltaje y corriente de un circuito propuesto por el docente, con instrumentos, comparando los resultados obtenidos analíticamente.A. Manejo de medidores electromecánicos (analógicos) y electrónicos (digitales)

1.2.1 Ventajas y desventajas.


R1=5Ω

R2=6Ω

It= .818A

9VCD



Cada vez que se mide el equipo eléctrico, necesitarás un medidor que pueda medir volt, amper y ohm. La mayoría de ellos pueden hacer las tres cosas y tienen características de voltímetro, amperímetro y óhmetro. Sin embargo, hay dos clases distintas de medidores: analógico y digital. Aunque hay ventajas y desventajas de ambos tipos, los medidores digitales son por lo general mejor que los analógicos.

Ventaja: precisión.A diferencia de los medidores analógicos, los digitales no requieren de averiguar exactamente lo que la lectura de la aguja esté marcando con el fin de obtener el voltaje, amperes u ohms. En su lugar, toman una precisa lectura, generada por computadora y la muestran en una pantalla. Aunque las computadoras no son infalibles, los procesadores de medidores digitales son muy confiables y no requieren que realices los cálculos. Además, la precisión de la lectura de un medidor analógico depende en gran medida del lector y su competencia para leer medidores analógicos. Un medidor digital no depende de su usuario de tal manera.

Desventaja: fluctuaciones de medición.

Los medidores analógicos tienen la ventaja de que, cuando las lecturas fluctuantes existen, son capaces de medir estas fluctuaciones. La aguja del medidor analógico se moverá desde una posición a otra constantemente con el fin de representar a la fluctuación. Cuando existe una fluctuación, un medidor digital no es capaz de representar la variación, sino que registra un error o calcula una lectura. A pesar de esto, el único tipo de fluctuaciones que un medidor analógico puede medir son las fluctuaciones de baja frecuencia, lo que no deja a los medidores digitales en una gran situación de desventaja.

1.2.2 Voltímetros.




Un voltímetro es un instrumento que sirve para medir la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico.Clasificación de los voltímetros.

Podemos clasificar los voltímetros por los principios en los que se basa su funcionamiento:Voltímetros electromecánicosEstos voltímetros, en esencia, están constituidos por un galvanómetro cuya escala ha sido graduada en voltios. Existen modelos para corriente continua y para corriente alterna.Voltímetros vectorialesSe utilizan con señales de microondas. Además del módulo de la tensión dan una indicación de su fase. Se usa tanto por los especialistas y reparadores de aparatos eléctricos, como por aficionados en el hogar para diversos fines; la tecnología actual ha permitido poner en el mercado versiones económicas y al mismo tiempo precisas para el uso general. Son dispositivos presentes en cualquier casa de ventas dedicada a la electrónica.Voltímetros digitalesDan una indicación numérica de la tensión, normalmente en una pantalla tipo LCD. Suelen tener prestaciones adicionales como memoria, detección de valor de pico, verdadero valor eficaz (RMS), autorrango y otras funcionalidades.El sistema de medida emplea técnicas de conversión analógico-digital (que suele ser empleando un integrador de doble rampa) para obtener el valor numérico mostrado en una pantalla numérica LCD.El primer voltímetro digital fue inventado y producido por Andrew Kay de "Non-Linear Systems" (y posteriormente fundador de Kaypro) en 1954.

UsoPara efectuar la medida de la diferencia de potencial el voltímetro ha de colocarse en paralelo; esto es, en derivación sobre los puntos entre los que tratamos de efectuar la medida. Esto nos lleva a que el voltímetro debe poseer una resistencia interna lo más alta posible, a fin de que no produzca un consumo apreciable, lo que daría lugar a una medida errónea de la tensión. Para ello, en el caso de instrumentos basados en los efectos electromagnéticos de la corriente eléctrica, estarán dotados de bobinas de hilo muy fino y con muchas espiras, con lo que con poca intensidad de corriente a través del aparato se consigue el momento necesario para el desplazamiento de la aguja indicadora.

1.2.3 Amperímetros.




Un amperímetro es un instrumento que sirve para medir la intensidad de corriente que está circulando por un circuito eléctrico. Un microamperímetro está calibrado en millonésimas de amperio y un miliamperímetro en milésimas de amperio.En términos generales, el amperímetro es un simple galvanómetro (instrumento para detectar pequeñas cantidades de corriente), con una resistencia en paralelo, llamada "resistencia shunt". Disponiendo de una gama de resistencias shunt, se puede disponer de un amperímetro con varios rangos o intervalos de medición. Los amperímetros tienen una resistencia interna muy pequeña, por debajo de 1 ohmio, con la finalidad de que su presencia no disminuya la corriente a medir cuando se conecta a un circuito eléctrico.Clases de amperímetros:Los sistemas de medida más importantes son los siguientes: magnetoeléctrico, electromagnético y electrodinámico, cada una de ellas con su respectivo tipo de amperímetro.

-Amperimetros magnetoeléctricos:

Para medir la corriente que circula por un circuito se tiene que conectar el amperímetro en serie con la fuente de alimentación y con el receptor de corriente. Así, toda la corriente que circula entre esos dos puntos va a pasar antes por el amperímetro. Estos aparatos tienen una bobina móvil que está fabricada con un hilo muy fino (aproximadamente 0,05 mm de diámetro) y cuyas espiras, por donde va a pasar la corriente que se quiere medir, tienen un tamaño muy reducido. Por todo esto, se puede decir que la intensidad




de corriente, que va a poder medir un amperímetro cuyo sistema de medida sea magnetoeléctrico, va a estar limitada por las características físicas de los elementos que componen dicho aparato. El valor límite de lo que se puede medir sin temor a introducir errores va a ser alrededor de los 100 miliamperios, luego la escala de medida que se va a usar no puede ser de amperios sino que debe tratarse de miliamperios. Para aumentar la escala de valores que se puede medir, se puede colocar resistencias en derivación, pudiendo llegar a medir amperios (aproximadamente hasta 300 amperios). Las resistencias en derivación pueden venir conectadas directamente en el interior del aparato o se pueden conectar externamente.

-Amperimetros electromagnéticos:

Están constituidos por una bobina que tiene pocas espiras pero de gran sección. La potencia que requieren estos aparatos para producir una desviación máxima es de unos 2 vatios. Para que pueda absorberse esta potencia es necesario que sobre los extremos de la bobina haya una caída de tensión suficiente, cuyo valor va a depender del alcance que tenga el amperímetro. El rango de valores que abarca este tipo de amperímetros va desde los 0,5 A a los 300 A. Aquí no se pueden usar resistencias en derivación ya que producirían un calentamiento que conllevaría errores en la medida. Se puede medir con ellos tanto la corriente continua como la alterna. Siendo solo válidas las medidas de corriente alterna para frecuencias inferiores a 500 Hz. También se pueden agregar amperímetros de otras medidas eficientes.




-Amperímetros electrodinámicos:Los amperímetros con sistema de medida "electrodinámico" están constituidos por dos bobinas, una fija y una móvil.

-Amperímetro de gancho. El amperímetro de gancho es una tenaza amperímetra que nos va a mostrar los parámetros de intensidad de corriente en una línea.En el mercado existen una gran variedad de modelo y marcas por lo que sus rangos varían de acuerdo al modelo y la capacidad a medir, aquí se muestra algunos rangos de operación de algunos equipos:

Características:En Baja Tensión los rangos de medida son: 60/150/300/600/1200 Amperes y en Alta Tensión existen equipos para medir, directamente en redes de alta tensión, voltaje, corriente, factor de potencia, armónicas, energía, etc. Miden voltaje hasta 40 kV y corrientes de hasta 3000 Amperes enredes de 230 kVUn amperímetro de gancho es un instrumento de medición de corriente eléctrica que permitemedirla sin desconectar nada. Se llaman de gancho porque cuentan con unas tenazas o ganchos que se abren al oprimir una barra lateral con que cuentan y eso permite ensartarlo en el conductor donde se requiere medir la corriente, con




seguridad y sin necesidad de desconectar nada. Después de ello solo ves la carátulao display y sabrás con buena precisión cuantos amperes están pasando por el conductor que tiene estas ganchos. (UN SOLO CONDUCTOR A LA VEZ)

Utilización:Para efectuar la medida es necesario que la intensidad de la corriente circule por el amperímetro, por lo que éste debe colocarse en serie, para que sea atravesado por dicha corriente. El amperímetro debe poseer una resistencia interna lo más pequeña posible con la finalidad de evitar una caída de tensión apreciable (al ser muy pequeña permitirá un mayor paso de electrones para su correcta medida). Para ello, en el caso de instrumentos basados en los efectos electromagnéticos de la corriente eléctrica, están dotados de bobinas de hilo grueso y con pocas espiras.En algunos casos, para permitir la medida de intensidades superiores a las que podrían soportar los delicados devanados y órganos mecánicos del aparato sin dañarse, se les dota de un resistor de muy pequeño valor colocado en paralelo con el devanado, de forma que solo pase por éste una fracción de la corriente principal. A este resistor adicional se le denomina shunt.Aunque la mayor parte de la corriente pasa por la resistencia de la derivación, la pequeña cantidad que fluye por el medidor sigue siendo proporcional a la intensidad total por lo que el galvanómetro se puede emplear para medir intensidades de varios cientos de amperios.La pinza amperimétrica es un tipo especial de amperímetro que permite obviar el inconveniente de tener que abrir el circuito en el que se quiere medir la intensidad de la corriente.




1.2.5 Óhmetros.

Un óhmetro, Ohmímetro, u Ohmniómetro es un instrumento para medir la resistencia eléctrica.

El diseño de un óhmnimetro se compone de una pequeña batería para aplicar un voltaje a la resistencia bajo medida, para luego, mediante un galvanómetro, medir la corriente que circula a través de la resistencia.

La escala del galvanómetro está calibrada directamente en ohmios, ya que en aplicación de la ley de Ohm, al ser el voltaje de la batería fijo, la intensidad circulante a través del galvanómetro sólo va a depender del valor de la resistencia bajo medida, esto es, a menor resistencia mayor intensidad de corriente y viceversa.

Existen también otros tipos de óhmetros más exactos y sofisticados, en los que la batería ha sido sustituida por un circuito que genera una corriente de intensidad constante I, la cual se hace circular a través de la resistencia R bajo prueba. Luego, mediante otro circuito se mide el voltaje V en los extremos de la resistencia. De acuerdo con la ley de Ohm el valor de R vendrá dado por:

R = V/I

Para medidas de alta precisión la disposición indicada anteriormente no es apropiada, por cuanto que la lectura del medidor es la suma de la resistencia de los cables de medida y la de la resistencia bajo prueba.

Para evitar este inconveniente, un óhmetro de precisión tiene cuatro terminales, denominados contactos Kelvin. Dos terminales llevan la corriente constante desde el medidor a la resistencia, mientras que los otros dos permiten la medida del voltaje directamente entre terminales de la misma, con lo que la caída de tensión en los conductores que aplican dicha corriente constante a la resistencia bajo prueba no afecta a la exactitud de la medida.

Medición de corriente y voltaje en C.A. y C.D. con medidores electromecánicos y electrónicos.

1.2.6 Procedimientos de medición.

1.2.7 Normas de seguridad




1.3 Maneja instrumentos y equipos avanzados de medición de variables eléctricas y electrónicas, considerando las recomendaciones técnicas del fabricante.

A. Manejo de instrumentos avanzados de medición de variables eléctricas y electrónicas.

1.3.1 Generadores de señales.

Un Generador de señales es un aparato electrónico que produce ondas senoidales, cuadradas y triangulares, además de crear señales TTL. Sus aplicaciones incluyen pruebas y calibración de sistemas de audio, ultrasónicos y servo.Este generador de funciones, específicamente trabaja en un rango de frecuencias de entre 0.2 Hz a 2 MHz. También cuenta con una función de barrido la cual puede ser controlada tanto internamente como externamente con un nivel de DC. El ciclo de máquina, nivel de offset en DC, rango de barrido y la amplitud y ancho del barrido pueden ser controlados por el usuario.

Funcionamiento y usos generales

Un generador de funciones es un instrumento versátil que genera diferentes formas de onda cuyas frecuencias son ajustables en un amplio rango. Las salidas más frecuentes son ondas senoidales, triangulares, cuadradas y diente de sierra. Las frecuencias de estas ondas pueden ser ajustadas desde una fracción de hertz hasta varios cientos de kilo hertz. Las diferentes salidas dl generador se pueden obtener al mismo tiempo. Por ejemplo, proporcionando una sola cuadrada para medir la linealidad de un sistema de audio, la salida en diente de sierra simultánea se puede usar para alimentar el




amplificador de deflexión horizontal de un osciloscopio, con lo que se obtiene la a exhibición visual de los resultados de las mediciones. La capacidad de un generador de funciones de fijar la fase de una fuente externa de señas es otra de las características importantes y útiles.

1.3.2Osciloscopio analógico.- Funcionamiento.Para entender el funcionamiento de los controles que posee un osciloscopio es necesario detenerse un poco en los procesos internos llevados a cabo por este aparato.Cuando se conecta la sonda a un circuito, la señal atraviesa esta última y se dirige a la sección vertical. Dependiendo de donde situemos el mando del amplificador vertical atenuaremos la señal o la amplificaremos.

En la salida de este bloque ya se dispone de la suficiente señal para atacar las placas de deflexión verticales (que naturalmente están en posición horizontal) y que son las encargadas de desviar el haz de electrones, que surge del cátodo e impacta en la capa fluorescente del interior de la pantalla, en sentido vertical. Hacia arriba si la tensión es positiva con respecto al punto de referencia (GND) o hacia abajo si es negativa.

La señal también atraviesa la sección de disparo para de esta forma iniciar el barrido horizontal (este es el encargado de mover el haz de electrones desde la parte izquierda de la pantalla a la parte derecha en un determinado tiempo).

El trazado (recorrido de izquierda a derecha) se consigue aplicando la parte ascendente de un diente de sierra a las placas de deflexión horizontal (las que están en posición vertical), y puede ser regulable en tiempo actuando sobre el mando TIME-BASE. El retrasado (recorrido de derecha a izquierda) se realiza de forma mucho más rápida con la parte descendente del mismo diente de sierra.

De esta forma la acción combinada del trazado horizontal y de la deflexión vertical traza la gráfica de la señal en la pantalla. La sección de disparo es necesaria para estabilizar las señales repetitivas (se asegura que el trazado comienze en el mismo punto de la señal repetitiva).- Operación.- Aplicación.




1.3.3 Osciloscopio digital.- Funcionamiento.Además de la secciones vertical, horizontal y de disparo de un osciloscopio análogo, los osciloscopios digitales poseen un sistema adicional de proceso de datos que permite almacenar, procesar y visualizar la señal de entrada.Cuando se conecta la sonda a un circuito la señal se dirige a la sección vertical donde, al igual que en los osciloscopios análogos, es atenuada o amplificada dependiendo de dónde se sitúe el control vertical Volts/Div.La sección de disparo es necesaria para estabilizar las señales periódicas. Para lograr la imagen estable, es necesario que el trazado de la onda comience siempre en el mismo punto. A diferencia de los osciloscopios análogos, es posible ajustar el disparo para capturar señales transitorias de un, único evento- Operación.

- Aplicación.

UNIDAD 2: Medición de variables eléctricas y electrónicas en maquinaria y equipo.(40 horas)Propósito de la unidad: Medir variables eléctricas y electrónicas en maquinaria y equipo, considerando las recomendaciones y normas de seguridad aplicables.

2.1 Mide los parámetros de operación de maquinaria y equipo eléctrico y electrónico, considerando la naturaleza y tipo de fuente que los alimenta. (20 horas)2.1.1 Construye tres de los cinco puentes de medición y mide variables de un circuito o equipo propuesto por el docente, aplicando métodos de medición.

2.1.2 Análisis de los diagramas de los puentes seleccionados.

2.1.3 Puentes de medición construidos.

2.1.4 Reporte que incluya las tablas con las mediciones obtenidas.

2.1.5 Rubrica.

A. Medición y prueba de dispositivos y elementos eléctricos y electrónicos.2.1.6 Resistencias (varios métodos).




2.1.7 Tipos de resistencias.Por su composición, podemos distinguir varios tipos de resistencias:

*De hilo bobinado (wirewound)

Fueron de los primeros tipos en fabricarse, y aún se utilizan cuando se requieren potencias algo elevadas de disipación. Están constituidas por un hilo conductor bobinado en forma de hélice o espiral (a modo de rosca de tornillo) sobre un sustrato cerámico.

Las aleaciones empleadas son las que se dan en la tabla, y se procura la mayor independencia posible de la temperatura, es decir, que se mantenga el valor en ohmios independientemente de la temperatura.

metalresistividad relativa(Cu = 1)

Coef. Temperaturaa (20° C)

Aluminio 1.63 + 0.004Cobre 1.00 + 0.0039Constantan 28.45 ± 0.0000022Karma 77.10 ± 0.0000002Manganina 26.20 ± 0.0000002Cromo-Níquel 65.00 ± 0.0004

Plata 0.94 + 0.0038




*Carbón prensado (carbon composition)

Estas fueron también de las primeras en fabricarse en los albores de la electrónica. Están constituidas en su mayor parte por grafito en polvo, el cual se prensa hasta formar un tubo como el de la figura.

Las patas de conexión se implementaban con hilo enrollado en los extremos del tubo de grafito, y posteriormente se mejoró el sistema mediante un tubo hueco cerámico (figura inferior) en el que se prensaba el grafito en el interior y finalmente se disponian unas bornas a presión con patillas de conexión.

Las resistencias de este tipo son muy inestables con la temperatura, tienen unas tolerancias de fabricación muy elevadas, en el mejor de los casos se consigue un 10% de tolerancia, incluso su valor óhmico puede variar por el mero hecho de la soldadura, en el que se somete a elevadas temperaturas al componente. Además tienen ruido térmico también elevado, lo que las hace poco apropiadas para aplicaciones donde el ruido es un factor crítico, tales como amplificadores de micrófono, fono o donde exista mucha ganancia. Estas resistencias son también muy sensibles al paso del tiempo, y variarán ostensiblemente su valor con el transcurso del mismo.

*Película de carbón (carbon film)

Este tipo es muy habitual hoy día, y es utilizado para valores de hasta 2 watios. Se utiliza un tubo cerámico como sustrato sobre el que se deposita una película de carbón tal como se aprecia en la figura.




Para obtener una resistencia más elevada se practica una hendidura hasta el sustrato en forma de espiral, tal como muestra (b) con lo que se logra aumentar la longitud del camino eléctrico, lo que equivale a aumentar la longitud del elemento resistivo.

Las conexiones externas se hacen mediante crimpado de cazoletas metálicas a las que se une hilos de cobre bañados en estaño para facilitar la soldadura. Al conjunto completo se le baña de laca ignífuga y aislante o incluso vitrificada para mejorar el aislamiento eléctrico. Se consiguen así resistencias con una tolerancia del 5% o mejores, además tienen un ruido térmico inferior a las de carbón prensado, ofreciendo también mayor estabilidad térmica y temporal que éstas.

*Película óxido metálico (metal oxide film)

Son muy similares a las de película de carbón en cuanto a su modo de fabricación, pero son más parecidas, eléctricamente hablando a las de película metálica. Se hacen igual que las de película de carbón, pero sustituyendo el carbón por una fina capa de óxido metálico (estaño o latón). Estas resistencias son más caras que las de película metálica, y no son muy habituales. Se utilizan en aplicaciones militares (muy exigentes) o donde se requiera gran fiabilidad, porque la capa de óxido es muy resistente a daños mecánicos y a la corrosión en ambientes húmedos.




*Película metálica (metal film)

Este tipo de resistencia es el que mayoritariamente se fabrica hoy día, con unas características de ruido y estabilidad mejoradas con respecto a todas las anteriores. Tienen un coeficiente de temperatura muy pequeño, del orden de 50 ppm/°C (partes por millón y grado Centígrado). También soportan mejor el paso del tiempo, permaneciendo su valor en ohmios durante un mayor período de tiempo. Se fabrican este tipo de resistencias de hasta 2 watios de potencia, y con tolerancias del 1% como tipo estándar.

*Metal vidriado (metal glaze)

Son similares a las de película metálica, pero sustituyendo la película metálica por otra compuesta por vidrio con polvo metálico. Como principal característica cabe destacar su mejor comportamiento ante sobrecargas de corriente, que puede soportar mejor por su inercia térmica que le confiere el vidrio que contiene su composición. Como contrapartida, tiene un coeficiente térmico peor, del orden de 150 a 250 ppm/°C. Se dispone de potencias de hasta 3 watios.Se dispone de estas resistencias encapsuladas en chips tipo DIL (dual in line) o SIL (single in line).




2.1.8 Métodos de medición de resistencias.

2.1.9 Inductancia y capacitancia.Inductancia:

la inductancia ( ), es una medida de la oposición a un cambio de corriente de un inductor o bobina que almacena energía en presencia de un campo magnético, y se define como la relación entre el flujo magnético ( ) y la intensidad de corriente eléctrica ( ) que circula por la bobina y el número de vueltas (N) del devanado:

La inductancia depende de las características físicas del conductor y de la longitud del mismo. Si se enrolla un conductor, la inductancia aumenta. Con muchas espiras se tendrá más inductancia que con pocas. Si a esto añadimos un núcleo de ferrita, aumentaremos considerablemente la inductancia.

El flujo que aparece en esta definición es el flujo producido por la corriente exclusivamente. No deben incluirse flujos producidos por otras corrientes ni por imanes situados cerca ni por ondas electromagnéticas.

Esta definición es de poca utilidad porque es difícil medir el flujo abrazado por un conductor. En cambio se pueden medir las variaciones del flujo y eso sólo a través del voltaje inducido en el conductor por la variación del flujo. Con ello llegamos a una definición de inductancia equivalente pero hecha a base de cantidades que se pueden medir, esto es, la corriente, el tiempo y la tensión:




El signo de la tensión y de la corriente son los siguientes: si la corriente que entra por la extremidad A del conductor, y que va hacia la otra extremidad, aumenta, la extremidad A es positiva con respecto a la opuesta. Esta frase también puede escribirse al revés: si la extremidad A es positiva, la corriente que entra por A aumenta con el tiempo.

En el SI, la unidad de la inductancia es el henrio (H), llamada así en honor al científico estadounidense Joseph Henry. 1 H = 1 Wb/A, donde el flujo se expresa en weber y la intensidad en amperios.

Ejemplo de cómo sacar la inductancia:Inductancia en serie:

Al igual que en las resistencias la inductancia en paralelo se calcula suando:Lt=L1+L2+LnLt= L1(2mH)+L2(1mH)+L3(3mH)=6mH

En paralelo:

Al igual que en las resistencias, la inductancia en paralelo, se obtiene de la inversa de la suma de las inversas de las inductancias:




0.666+0.751=1.417mH

Capacitancia:La Capacitancia es la propiedad de un capacitor de oponerse a toda variación de la tensión en el circuito eléctrico. Usted recordará que la resistencia es la oposición al flujo de la corriente eléctrica. También se define, a la Capacitancia como una propiedad de almacenar carga eléctrica entre dos conductores, aislados el uno del otro, cuando existe una diferencia de potencial entre ellos.Los capacitores en un circuito también pueden estar conectados en serie y en paralelo.

Capacitores en serie:


Req= 1

1R1

+ 1R2

R1=0.5R2=11.5

11.5

=0.666 Req=

11R1

+ 1R2

R1=0.33R2=11.33

11.33

=0.751



A diferencia de las resistencias, para sacar la capacitancia de los capacitores en serie se les debe sacar la inversa:

Capacitores en paralelo:

A diferencia de las resistencias, para sacar la capacitancia de los capacitores en paralelo, se suman.Ct=C1+C2+CnCt=C1(2)+C2(1)=3µF

2.1.10 Reactancia capacitiva e inductiva.Reactancia capacitiva:Así como la resistencia ofrece oposición a la corriente en un circuito de c.c., la oposición a la C.A. se llama Reactancia, así la capacitancia presenta oposición a la c.a. denominada Reactancia capacitiva, se simboliza Xc. Así como la resistencia eléctrica se mide en Ohmios también la Xc se mide en Ohmios, y se sustituye por la R en la Ley de Ohm: I = E /R.... donde R = E / I entonces tenemos que Xc = E / I = Ohmios, y se usa para calcular la oposición que presenta un capacitor alpaso de la c.a. La reactancia de un capacitor es inversamente proporcional a dos factores: La capacitancia y la frecuencia del voltaje aplicado, expresado en la fórmula:


Req= 1

1C 1

+ 1C 2

C 1=0.5C 2=11.5

11.5

=0.666µF



__________1___________Xc=2(π)(F)(C)=Ω

Donde: Xc = Reactancia capacitiva, en Ohms(Ω) π=Constante 3.1416 radianes F = Frecuencia de la tensión aplicada en volts C = Capacitancia en faradios

Ejemplo:

Ct=0.583µFF=60 Hz. _____1______ Xc=2(3.1416)(60 Hz)(.583 πF)= 219.786 =.00454Ω

Reactancia inductiva:Reactancia es la resistencia ofrecida al paso de la corriente alterna en un inductor (bobina) o en un capacitor (condensador), aunque no sean propiamente resistencias, Todo condensador y bobina tiene una parte resistiva, la reactancia se representa mediante un numero complejo X, su parte real (resistencia) y su parte imaginaria (impedancia).

La fórmula de la reactancia inductiva es:XL=2(π)(F)(L)




Ejemplo:

XL=2(3.1416)(60 Hz)(6mH)=2,261.952Ω

2.1.11 Voltaje y corriente.

2.1.12 Métodos de medición.

B. Levantamiento de mediciones con puentes.

Puentes de medición.

2.1.14 Wheatstone.

Rx es la resistencia cuyo valor queremos determinar, R1, R2 y R3 son resistencias de valores conocidos, además la resistencia R2 es ajustable. Si la relación de las




dos resistencias del brazo conocido (R1/R2) es igual a la relación de las dos del brazo desconocido (Rx/R3), el voltaje entre los dos puntos medios será nulo y por tanto no circulará corriente alguna entre esos dos puntos C y B.Para efectuar la medida lo que se hace es variar la resistencia R2 hasta alcanzar el punto de equilibrio. La detección de corriente nula se puede hacer con gran precisión mediante el voltímetro V.La dirección de la corriente, en caso de desequilibrio, indica si R2 es demasiado alta o demasiado baja. El valor de la F.E.M. (Fuerza Electromotriz). (E) del generador es indiferente y no afecta a la medida.Cuando el puente esta construido de forma que R3 es igual a R2, Rx es igual a R1 en condición de equilibrio.(corriente nula por el galvanómetro).Asimismo, en condición de equilibrio siempre se cumple que: R_x = \frac R_1 \times R_3 R_2 Si los valores de R1, R2 y R3 se conocen con mucha precisión, el valor de Rx puede ser determinado igualmente con precisión. Pequeños cambios en el valor de Rx romperán el equilibrio y serán claramente detectados por la indicación del galvanómetro.De forma alternativa, si los valores de R1, R2 y R3 son conocidos y R2 no es ajustable, la corriente que fluye a través del galvanómetro puede ser utilizada para calcular el valor de Rx siendo este procedimiento más rápido que el ajustar a cero la corriente a través del medidor.

2.1.15 Kelvin.Un puente de Kelvin (también conocido como puente de Kelvin doble puente y algunos países de Thomson) es un instrumento de medida inventado por William Thomson, 1er barón Kelvin. Se utiliza para medir una resistencia desconocida eléctrica por debajo de 1 Ω. Su funcionamiento es similar al puente de Wheatstone con excepción de la presencia de resistencias adicionales. Estas resistencias adicionales de bajo valor y la configuración interna del puente están dispuestos a reducir considerablemente los errores de medición introducidos por las caídas de tensión en la corriente de alta (baja resistencia) el brazo del puente

2.1.16 De C.A.

2.1.17 Maxwell.

2.1.18 Schering.

2.1.19 Wien.




2.1.20 Condiciones de equilibrio.

2.1.21 Aplicaciones.

C. Prueba de dispositivos semiconductores.

2.1.22 Diodos.

2.1.23 Transistores.

2.2Mide la potencia y energía de circuitos presentes en equipos y sistemas eléctricos y electrónicos, considerando los efectos de carga inducidos al instrumento de medición empleado. (20 horas)2.2.1 Realiza la medición de potencia y energía en cd y ca de un circuito propuesto por el docente, considerando los efectos de carga inducido.

BIBLIOGRAFIA:

LIBRO: METROLOGIA

AUTOR: Carlos González


cuadernillo de mediciones electricas y electronicas

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