UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica
CURSO: Practica de introducción al diseño eléctrico Trabajo: 2° Laboratorio: Tableros de medida Presenta: Tellez López Alberto André
20151376D
Carrera: Ingeniería Eléctrica
Jueves, 11 de mayo de 2017
TABLEROS DE MEDIDA
INDICE
OBJETIVOS……………………………………………………………… ..3
EQUIPOS Y MATERIALES………………………………………………4
FUNDAMENTO TEORICO………………..…………………………….5
AUTOTRANSFORMADOR………………………………………………8
PROCEDIMIENTO…………………….……………………………….… 9
BIBLIOGRAFIA…………………………………………………………… 9
TABLEROS DE MEDIDA
TABLEROS DE MEDIDA OBJETIVOS Crear en el estudiante un ambiente familiarizado con los instrumentos (analógico o digitales) de medición utilizados en este laboratorio tanto como realizar conexiones y comprobar prácticamente el buen funcionamiento de estos. Familiarizar al estudiante con los instrumentos de medición analógicos y/o digitales que conforman un tablero, verificar sus características más importantes, realizar las conexiones y verificar el reconocimiento correcto de todos estos instrumentos. Realizar correctamente las conexiones y la medición de los parámetros eléctricos (Tensión, corriente, frecuencia, potencia y energía) con los instrumentos analógicos y digitales. Al término de la práctica, el alumno:
Identificar los elementos que constituyen el circuito eléctrico. Cada uno de los integrantes del equipo, explicara la operación y conexión de los medidores utilizados para medir tensión y corriente eléctrica. Manejara el amperímetro de corriente directa o multímetro analógico en la función de amperímetro de Corriente Corriente así como el de Corriente Alterna, para medir la intensidad de corriente eléctrica de un circuito. Manejara el voltímetro de corriente directa o multímetro analógico en la función de voltímetro de Corriente Continua así como el de Corriente Alterna, para medir el voltaje o tensión eléctrica de un circuito eléctrico.
TABLEROS DE MEDIDA
EQUIPOS Y MATERIALES 01
autotransformador VARIAC monofásico. 01 Amperímetro 0-5 A. 01 Vatímetro de 250V. 01 Voltímetro monofásico de 250V-5A. 01 Contador de energía de inducción. 01 cronometro digital. Panel de lámparas incandescentes (Cargas). Conductores.
TABLEROS DE MEDIDA
FUNDAMENTO TEORICO El sistema eléctrico necesita de una serie de aparatos de medida y control que indiquen la energía consumida en kWh y la potencia demandada en kW. El contador de energía eléctrica es el aparato que contabiliza esta energía en las líneas y redes de corriente alterna, tanto monofásica como trifásicas. De los diferentes tipos de contadores de energía eléctrica para corriente alterna, el contador de inducción es el de mayor aplicación en las instalaciones eléctricas de viviendas y edificios. Para esta medición utilizaremos los indicadores luminosos emisores de pulsos de energía. Estos LEDs rojos, ubicados en el panel frontal del
medidor, presentan una pulsación proporcional a la energía utilizada según sendas constantes de integración: 1000 impulsos/kWh para la energía activa y 1000 impulsos/kVarh para la energía reactiva. Seleccionaremos un periodo de medición adecuado (T) y en ese lapso registraremos simultáneamente las cantidades de impulsos de ambos indicadores (Na y Nr). Con las siguientes ecuaciones calculamos P y Q: Dónde:
P: es la potencia activa expresada en kW.
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Na: es la cantidad de impulsos del indicador de energía activa computados durante el periodo T.
Ka: es la constante de integración de energía activa. En el caso del medidor Ampy es 1000 imp/kWh.
T: es el tiempo durante el cual se realiza la medición expresado en segundos. CLAS IFICAC IÓN DE LOS AP AR ATOS DE MEDIDA
1. Magnetoeléctricos: constan de una bobina y un imán que producen dos campos magnéticos, uno móvil y otro fijo. Según sean los campos magnéticos se denominan:
De imán móvil: el imán permanente es el elemento móvil.
De cuadro móvil: la bobina produce el campo magnético móvil. Son los que se usan actualmente. La aguja indicadora va acoplada a la bobina que gira libremente entre los polos del imán permanente. La corriente que se va a medir se hace llegar a la bobina, donde crea un campo magnético contrario al del i mán, que hace girar la bobina, y por tanto, la aguja, hasta un punto en la escala del aparato proporcional a la intensidad que recorre la bobina. Sólo se emplean para corriente continua. Tienen gran precisión
y
óhmetros, etc.
sensibilidad.
Son:
amperímetros,
voltímetros,
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2. Electromagnéticos (o de hierro móvil): formados por una bobina con un interior constituido por dos núcleos de material ferromagnético, uno fijo y otro móvil, este último conectado a la aguja indicadora. Funcionan porque al circular corriente (la que se quiere medir) por la bobina se origina una campo magnético que imanta los dos núcleos con la misma polaridad, originándose una repulsión que hace girar el núcleo móvil. El campo magnético es proporcional a la corriente que atraviesa la bobina. Se usa para amperímetros y voltímetros tanto de corriente continua como alterna.
3. Electrodinámicos: formados por dos bobinas, una fija y otra móvil, concéntricas, que son atravesadas por la corriente que se quiere medir, creándose en ambas bobinas campos magnéticos que hacen que la bobina móvil gire moviendo la aguja indicadora. Se usan para amperímetros, vatímetros y voltímetros la corriente continua como alterna.
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4. De inducción: están formados por un electroimán atravesado por una corriente alterna que da lugar a un campo magnético variable. En el entrehierro del imán tienen un disco de aluminio que va acoplado a la aguja indicadora y que es móvil. En dicho disco se originan corrientes de Foucault que dan lugar a un campo magnético opuesto al del imán, deteniéndose la aguja en una determinada posición de la escala. Se usan para amperímetros y voltímetros de corriente alterna.
5. Electrotérmicos: se basan en el efecto Joule. Actualmente, los más usados tienen una lámina bimetálica formada por dos metales con distinto coeficiente de dilatación unidas longitudinalmente. Cuando esta lámina es atravesada por la corriente eléctrica, el metal con mayor coeficiente de dilatación se alarga, curvando la lámina, este movimiento se transmite a la aguja indicadora que se moverá por la escala. Se usa para amperímetros y voltímetros tanto de corriente continua como alterna.
Autotransformador Un autotransformador es una máquina eléctrica de construcción y características similares a las de un transformador, pero que, a diferencia de éste, sólo posee un devanado único alrededor de un núcleo ferromagnético. Dicho devanado debe tener al menos tres puntos de conexión eléctrica; la fuente de tensión y la carga se conectan a dos de las tomas, mientras que una toma (la del extremo del devanado) es una conexión común a ambos circuitos eléctricos (fuente y carga). Cada toma corresponde a una tensión diferente de la fuente (o de la carga, dependiendo del caso). En un autotransformador, la porción común (llamada por ello "devanado común") del devanado único forma parte tanto del devanado "primario" como del "secundario". La porción restante del devanado recibe el nombre de "devanado serie" y es la que proporciona la diferencia de tensión entre ambos circuitos, mediante la adición en serie (de allí su nombre) con la tensión del devanado común. La transferencia de potencia entre dos circuitos conectados a un autotransformador ocurre a través de dos fenómenos: el acoplamiento magnético (como en un transformador común) y la conexión galvánica (a través de la toma común) entre los dos circuitos. Por esta razón, un autotransformador resulta en un aparato más compacto (y a menudo más económico) que un transformador de la misma potencia y tensiones nominales. De igual manera, un transformador incrementa su capacidad de transferir potencia al ser
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conectado como autotransformador. En las redes de alimentación, suelen utilizarse autotransformadores trifásicos.
PROCEDIMIENTO a) Identificación de los datos técnicos de los instrumentos a utilizar en el conexionado del tablero de medida. b) Realizar las conexiones del circuito mostrado, teniendo en cuenta los circuitos amperímetricos y voltímetricos. c) Efectuar cálculos previos para cada punto y tomar datos. d) Para cierto número de valores de carga previamente determinados anteriormente, se debe contabilizar un número exacto de revoluciones del disco del contador de energía (Kwh); así como el tiempo empleado. e) El ajuste del voltaje del autotransformador será de 220v (valor nominal de trabajo de los instrumentos).
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CUESTIONARIO 1) Especificar la clase de precisión de los instrumentos utilizados incluyendo el transformador utilizado en la experiencia.
AUTOTRANSFORMADOR (VARIAC)
CONTADOR DE ENERGIA
VATIMETRO
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FRECUENCIMETRO
AMPERIMETRO
VOLTIMETRO
2) De los datos tomados en el laboratorio:
• Evalué la potencia a partir del contador de energía (Kw-h), asimismo evalué a partir de las lecturas del voltímetro y amperímetro. C=1875 Giri=1875rev/kWh # de Lámparas
# de vueltas (N)
1 2 3
3 3 3
# de Lámparas
Voltímetro (V)
1 2 3
220 220 220
Tiempo (t)
29.175 14.430 9.800 Amperímetro (I)
0.8 1.6 2.35
P1 =
3600 × N(rev) C(kwh) × t(s)
0.1974293 kW 0.3991683 kW 0.5922879 kW
P2(Kw) =
0.176 kW 0.352 kW 0.517 kW
V×I 1000
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• Compare estos valores con el valor de la potencia medida por el vatímetro para un mismo punto. ¿Qué puede concluir? # de Lámparas
Vatímetro (W) P3(kW) 0.20 kW 0.40 kW 0.58 kW
1 2 3
Al comparar la potencia P1 con la potencia P3 encontramos que el error es mínimo ya que para hallar su valor se utilizó equipos analógicos como el vatímetro y el contador de energía, los cuales, sirven para medir potencia de un circuito alterno y son fabricados para esta función así que no tienen mucho error. Sin embargo el error al comparar la potencia P2 con la potencia P3 es moderado debido a que estamos usando una fórmula para circuitos de corriente continua y estamos trabajando en alterna así que estaríamos hallando la potencia media. Para corregir esto deberíamos usar P=VxIxcos(Φ) donde cos(Φ) es el factor de potencia.
•De los datos obtenidos, grafique en papel milimetrado Potencia vs Tiempo.
Tiempo de giro (s) VS Potencia (kW) 0.7 0.5922879 0.6 0.5
) W k ( 0.4 a i c n e t 0.3 o P
0.3991683
0.1974293
0.2 0.1 0 0
5
10
15
20
Tiempo de giro (s)
25
30
35
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• Explique las características más importantes de la curva, asimismo indique el significado de dicha gráfica. De la gráfica notamos una tendencia decreciente de la potencia activa respecto al tiempo de giro en una vuelta de la rueda del contador de energía. Esto quiere decir; mientras más carga consume la instalación, la rueda del contador de energía girara con mayor rapidez y con un tiempo menor en una vuelta y la potencia consumida será mayor, como indica la siguiente expresión. Observamos que N (número de vueltas es constante):
P(kW) =
×() ()×()
ℎ
() =
×() ()
=
()
Notamos una relación inversamente proporcional.
OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
El par de terminales del transformador de potencia donde está el fusible y donde no está son los terminales de salida y entrada respectivamente. Al aumentar el número de cargas (lámparas incandescentes) observamos que aumentó la potencia consumida en la instalación y en consecuencia también aumenta la energía consumida en el mismo tiempo. Esta medición se dio por que el tiempo de giro de la rueda en una vuelta del contador de energía analógico y t iempo de un pulso en el digital es menor, haciendo que el parámetro de potencia aumente. Notamos la importancia de una buena conexión de los dispositivos de medición para evitar que estos se quemen o cortocircuiten en la instalación. El número de vueltas del disco del contador de energía en un tiempo dado es proporcional a la energía consumida por las cargas, ya que la energía es el producto de la potencia y el tiempo. El amperímetro se conectó en serie con la carga (equivalente), mientras que el voltímetro y el frecuencímetro se conectaron en paralelo; el vatímetro y el contador de energía tienen ambos cuatro terminales de los cuales dos se conectan en serie (los de corriente) de resistencia baja y dos en paralelo (los de tensión) de resistencia muy alta. El amperímetro tiene varias terminales, dependiendo de cuál terminal se use se tiene una escala determinada, debe usarse una escala de tal manera que la corriente no sea ni muy baja (porque los valores leídos no serán muy exactos) ni muy alta (ya que se puede dañar el equipo).
