Instituto Politécnico Nacional Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería y Ciencias Sociales y Administrativas
Licenciatura en Ingeniería Industrial Departamento de Competencias Integrales e Institucionales Academia de Laboratorio de Electricidad y Control Electricidad Industrial
Práctica Nº 1 “Introducción, Mesa de Trabajo y Aparatos de Medición”
Secuencia 3IM66 Equipo Nº 3
Docente: García Vélez Enrique Fecha de Entrega: 23 de agosto de 2013
Práctica Nº 1. Introducción, Mesa de Trabajo y Aparatos de Medición
Índice Objetivos ................................................................................................................................ 3 Lista de Material y Equipo ..................................................................................................... 3 Introducción........................................................................................................................... 3 Generación y transmisión de energía eléctrica .................................................................... 4 Aparatos de Medición tipo Analógico .................................................................................. 7 Aparatos de Medición Digital................................................................................................ 8 Mesa de Trabajo del Laboratorio de Electricidad ................................................................ 9 Conclusión ............................................................................................................................. 11
23 de agosto de 2013
2
Práctica Nº 1. Introducción, Mesa de Trabajo y Aparatos de Medición
Práctica Nº 1. “Introducción, Mesa de Trabajo y Aparatos de Medición” Objetivos a) Que el alumno conozca los niveles de energía eléctrica que existen desde la generación hasta los que se utilizan en este curso. b) Que el alumno se familiarice con los aparatos de medición y precauciones al utilizarlos.
Lista de Material y Equipo
Un osciloscopio Un generador de señales Un voltímetro Un amperímetro Un amperímetro de gancho Un Watt metro Un Multímetro Un módulo LEEI - 1001, un módulo LEEI - 1002. Mesa de trabajo
Introducción Los fenómenos electromagnéticos constituyen una de las áreas de estudio del Ingeniero Industrial, de tal manera que las cargas eléctricas, las fuerzas que se generan entre ellas y la transferencia de energía en circuitos y sistemas, son elementos del trabajo de muchos de estos ingenieros. La comprensión de estos fenómenos, es importante para aplicar correctamente las leyes que gobiernan el funcionamiento de máquinas eléctricas, sistemas de control, líneas de transmisión, redes de distribución, etc.
23 de agosto de 2013
3
Práctica Nº 1. Introducción, Mesa de Trabajo y Aparatos de Medición
Generación y transmisión de energía eléctrica La producción de grandes cantidades de energía eléctrica, ha sido posible gracias a la utilización de las máquinas generadores que basan su funcionamiento en los fenómenos electromagnéticos.
Generador elemental Un alternador es una máquina electromagnética en la que se convierte la energía mecánica en energía eléctrica, al mover dentro de un campo magnético, varios conductores que produce una fuerza electromotriz en las terminales de la máquina. Las partes principales del alternador son:
Estator Es la parte fija que sostiene los polos conductores del campo magnético.
Rotor •Parte giratoria donde se alojan lso conductores en los que se inducirá la "fem" (fuerza electromatriz), constituyendo el embobinado enducido
Anillos Colectores •En ellos son conectadas las terminales del enducido.
Escobillas o Carbones •Establecen el contacto con los anillos colectores para llevar al exterior la "fem" (fuerza electromotriz) inducida.
Corriente Alterna •Una "fem" alterna producirá, al ser aplicada a un circuito, una corriente cuya forma de onda corresponderá a la forma de onda del voltaje
La corriente alterna puede definirse como una corriente periódica cuyo valor medio es cero. Una corriente periódica es una corriente oscilante cuyos valores recurren intervalos iguales de tiempo.
23 de agosto de 2013
4
Práctica Nº 1. Introducción, Mesa de Trabajo y Aparatos de Medición Una corriente oscilante es aquella que aumenta y disminuye de valor alternadamente de acuerdo con una ley determinada. La mayor parte de la energía eléctrica que se produce en el mundo es por grandes plantas generadoras de tipo termoeléctrico, hidroeléctrico, nuclear, geotérmico o solar. El voltaje que éstas generan es alterno y trifásico que puede tener niveles hasta de kilovolts. Normalmente estas plantas generadoras se encuentran alejadas de ciudades, por lo que es necesario tener todo un conjunto de equipos para poder transmitir energía eléctrica. Dado que esta transmisión de energía se logra utilizando altos voltajes e intensidades de corrientes bajas, primordialmente por la utilización de conductores de poca área transversal, es de gran importancia, el servicio que prestan las subestaciones eléctricas. Una subestación eléctrica básicamente se utiliza para modificar una potencia determinada en otra, es decir, se pueden bajar o subir los niveles de voltaje o corriente de acuerdo a las necesidades de la carga eléctrica conectada a la misma. La transmisión de energía eléctrica se logra mediante líneas de distribución Líneas de transmisión: Transportan la energía eléctrica a grandes distancias desde las centrales hasta centros de consumo. Los voltajes comunes que se tienen son del orden de 115, 230, 400 Y 750 kilovolts. Líneas de subtransmisión: Tienen longitudes menores que las de transmisión, se emplean para interconectar entre sí las subestaciones. Las tensiones usuales que manejan son de 88,66 y 33 kilovolts. Líneas de distribución: Constituyen la primera etapa en donde es posible hacer uso de la energía eléctrica. a) De alta tensión: Utilizadas para enlazar centros industriales siendo las tensiones de 6, 13.8 y 23 kilovolts. b) De baja tensión: Para pequeñas industrias; comercios, hospitales y la mayoría de los servicios domésticos. Las tensiones más comunes son de 220 y 127 volts.
23 de agosto de 2013
5
Práctica Nº 1. Introducción, Mesa de Trabajo y Aparatos de Medición
23 de agosto de 2013
6
Práctica Nº 1. Introducción, Mesa de Trabajo y Aparatos de Medición En UPIICSA se tiene una subestación principal que recibe energía de la Comisión Federal de Electricidad con un nivel de línea de 23 kilovolts. Esta subestación reduce el voltaje anterior a un valor de 6 kilovolts, el cual es distribuido a cada uno de los edificios de la unidad. Estos a su vez cuentan con una subestación que recibe los 6 kilovolts y los reduce a 120 y 127 volts los cuales alimentan a todos los laboratorios, oficinas, aulas o salas de cómputo que se encuentran en cada edificio.
Aparatos de Medición tipo Analógico Son aquellos aparatos utilizados para mediciones eléctricas que tienen en general las siguientes características: Cuentan con una aguja indicadora que podrá señalar determinada cantidad. Tienen una o varias escalas lineales o logarítmicas con una determinada numeración. El usuario de estos aparatos deberá interpretar la medición de acuerdo a la posición que indique la aguja y en consideración a las instrucciones específicas de cada aparato. Proporcionan una medición continua, es decir, cualquier valor que este dentro del rango de capacidad del instrumento. Ya sea que se diseñe, instale, opere, o repare equipo o instalaciones eléctricas, es necesario conocer la forma en que se miden diversas cantidades eléctricas siendo las más comunes: corriente, tensión, resistencia y potencia. Excepto algunos medidores, todos los que funcionan según principios electrostáticos, solo pueden medir la cantidad de corriente que fluye por ellos sin embargo, se pueden calibrar de manera que cuantifiquen casi cualquier cantidad eléctrica. Para ello basta la sola aplicación de la ley de Ohm que indica:
Voltaje: es la diferencia de potencial en el circuito, que en ocasiones se denomina fem (fuerza electromotriz) o tensión y se mide en volts. Intensidad de corriente: Esta magnitud se mide en amperes; 1 ampere corresponde al paso de unos 6.250.000.000.000.000.000 electrones por segundo por una sección determinada del circuito o el flujo de electrones en un conductor. Resistencia del circuito: Normalmente, todas las sustancias, tanto conductores como aislantes, ofrecen cierta oposición al flujo de una corriente eléctrica y esta resistencia
23 de agosto de 2013
7
Práctica Nº 1. Introducción, Mesa de Trabajo y Aparatos de Medición limita la corriente. La unidad empleada para cuantificar la resistencia es el ohmio (Ω), que se define como la resistencia que limita el flujo de corriente a 1 ampere en un circuito con una fem o tensión de 1 volt.
Apartados utilizados en este Laboratorio Amperímetro: Es un medidor de corriente de alcance múltiple porque tiene posibilidad de medir varios rangos de corriente. Puede medir corriente directa o alterna. Para efectuar la medición de corriente en un circuito es necesario conectarlo en serie con la carga a medir. Voltímetro: Este aparato tiene varios rangos y puede medir voltajes alterno o directo. Para hacer la medición de voltaje s es necesario interconectar este instrumento en paralelo con el circuito a medir. Wattmetro: La potencia consumida por cualquiera de las partes de un circuito se mide con un wattmetro. El wattmetro tiene su bobina fija dispuesta de forma que la atraviese toda la intensidad del circuito, mientras que la bobina móvil se conecta en serie con una resistencia grande y sólo deja pasar una parte proporcional del voltaje de la fuente. La inclinación resultante de la bobina móvil .depende tanto de la intensidad como del voltaje y. se puede calibrar directamente en watts, ya que la potencia es' el producto del voltaje y la intensidad de la corriente, por consiguiente el wattmetro se conecta en serie-paralelo. Multímetro: Instrumento de medición que puede utilizarse para medir voltaje alterno o directo, corriente alterna o directa y resistencia. Para medir resistencia eléctrica el aparato deberá contar con una pila seca para efectuar la medición correspondiente (recuérdese que estos medidores básicamente lo que miden es corriente).
Aparatos de Medición Digital Estos instrumentos registran señales eléctricas por puntas de prueba y procesadas por circuitos electrónicos contenidos internamente en el aparato. Indican la medición por medio de una pantalla a base de dígitos ó símbolos. Las mediciones que realizan son directas, es decir, no ejecutan mediciones continuas sino que la constante a medir es digitalizada (Se aproxima electrónicamente al inmediato superior o inferior).
23 de agosto de 2013
8
Práctica Nº 1. Introducción, Mesa de Trabajo y Aparatos de Medición
Mesa de Trabajo del Laboratorio de Electricidad Cuenta con cable de alimentación trifásico, el cual se conecta el contacto que se encuentra en el piso. Este contacto puede energizarse por medio de un interruptor termo magnético que se encuentra en el tablero de la parte lateral del aula. La energía eléctrica que recibe la mesa se distribuye de dos maneras. a) Voltaje monofásico: de 127 volts que se encuentra presente en los contactos monofásicos polarizados de la parte inferior. b) Voltaje trifásico: Este puede interrumpirse o activarse al operar algunos de los dos interruptores que se encuentran en la parte central del tablero. Siguiendo las trayectorias indicadas en el tablero se notará que se tienen 3 interruptores termomagnéticos en ambos lados de la mesa, cada uno de los cuales accionaran a su vez sobre cada una de las fases. La presencia de estos voltajes es indicada por la lamparita de color blanco colocada en cada trayectoria. Los contactos trifásicos del tablero recibirán así voltajes de línea de 220 volts de valor fijo. Los botones marcados con las letras A, B, C y N tendrán la presencia de voltaje trifásico que puede tomar diferentes valores. El nivel del voltaje de línea en
23 de agosto de 2013
9
Práctica Nº 1. Introducción, Mesa de Trabajo y Aparatos de Medición estos botones es indicado por el voltímetro de tipo industrial al que se encuentra ahí conectado. La variación del voltaje en los botones antes mencionados se logra por utilización de un auto transformador trifásico variable localizado en el interior de la mesa. Mesa de Trabajo del Laboratorio de Electricidad:
1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9)
Botones de arranque-paro Interruptores trifásicos termomagnéticos Luz indicadora. Control de tensión de 0-250 V Voltímetro de O- 300 V Salida trifásica de 0-250 V entre fases Salida trifásica fija de 220 V Botón de emergencia Contactos de 127 V monofásico
23 de agosto de 2013
10
Práctica Nº 1. Introducción, Mesa de Trabajo y Aparatos de Medición
Conclusión Es muy importante conocer el alcance de las magnitudes de la ley de ohm, que a diario estamos rodeados de ellas y de electricidad industrial. Como podemos recordar la transmisión de energía por medio de torres de transmisión, es una clara representación de éste caso, en esos equipos se controlan cantidades sorprendentes de voltaje e intensidad de corriente con ayuda de transformadores también de grandes capacidades. Cuando se incrementa el voltaje muy elevadamente la corriente se ve disminuida, esto se representa de manera inversa, es decir, cuando incrementa la intensidad de corriente el voltaje disminuye y la temperatura tiende a elevarse de manera proporcional. Debido a estas razones es prioridad no olvidar nunca las normas de seguridad cuando se esté controlando este recurso tan valioso. Todos los anteriores conocimientos, no solo se limitan a conocer estas variables, saber cómo aplicarlas es el objetivo. Esto implica hacer uso eficiente de la energía así como los procesos desde la generación, transmisión-control, usuario final. Ahora solo por aclarar que durante la trayectoria del curso podremos analizar detalladamente a nivel ingeniería todos los factores que se correlacionan. Por último permítanme recomendarles algo, es que, no tomemos este curso con el enfoque acostumbrado, que el aprendizaje de este curso no solo tenga alcance hasta el salón de clase. Que la duda se convierta en conocimiento y que abunden durante todo este curso respecto a electricidad industrial.
23 de agosto de 2013
11