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Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor CICLO FORMATIVO DE GRADO MEDIO

A I C N A T S I D A L A N O I S E F O R P N Ó I C A M R O F

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Técnicas y Aparatos de Medida

MÓDULO Electrotecnia

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Título del Ciclo: TÉCNICO EN MONTAJE Y MANTENIMIENTO MANTENIMIENTO DE INSTALACIONES INSTALACIONES DE FRÍO, CLIMATIZACIÓN Y PRODUCCIÓN DE CALOR Título del Módulo: ELECTROTECNIA Dirección:

Dirección General de Formación Profesional. Servicio de Formación Profesional y Aprendizaje Permanente. Dirección de la obra: Alfonso Gareaga Herrera Antonio Reguera García Arturo García Fernández Ascensión Solís Fernández Juan Carlos Quirós Quirós Luis María Palacio Junquera Manuel F. Fanjul Antuña Yolanda Álvarez Granda Coordinación de contenidos del ciclo formativo: Javier Cueli Llera Autora: Mª del Camino González González

DESARROLLO DEL PROYECTO: FUNDACIÓN METAL ASTURIAS Coordinación: Javier Maestro del Estal Monserrat Rodríguez Fernández Equipo Técnico de Redacción: Alfonso Fernández Mejías Ramón García Rosino Luis Miguel Llorente Balboa de Sandoval José Manuel Álvarez Soto Estructuración y desarrollo didáctico: Isabel Prieto Fernández Miranda Diseño y maquetación: Begoña Codina González Alberto Busto Martínez María Isabel Toral Alonso Sofía Ardura Gancedo Colección: Materiales didácticos de aula Serie: Formación Profesional Específica Edita: Consejería de Educación y Ciencia Dirección General de Formación Profesional Servicio de Formación Profesional y Aprendizaje Permanente ISBN: ISBN: 84-690-1473-0 Depósito Legal: Legal: AS-0593-2006 Copyright: © 2006. Consejería de Educación y Ciencia Dirección General de Formación Profesional Todos los derechos reservados. La reproducción de las imágenes y fragmentos de las obras audiovisuales que se emplean en los diferentes documentos y soportes de esta publicación se acogen a lo establecido en el artículo 32 (citas y reseñas) del Real Decreto Legislativo 1/2.996, de 12 de abril, y modificaciones posteriores, puesto que “se trata de obras de naturaleza escrita, sonora o audiovi-















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T cnic cnicas as y Apar Aparatos atos de Medida Medida

Sumario general Objetivos Objetivos .................................. .................................................. .................................. .................................... ........................ ......

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Conocimien Conocimientos tos .................................... .................................................... .................................. ................................. ...............

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Introducción......................................................................................... 6 Contenidos Contenidos generales...... generales....................... .................................. ................................... .................................... ..................

6

Concepto Concepto de medida medida ................................. .................................................. ................................... ........................ ......

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Errores Errores de medida medida .................................. ................................................... ................................... ........................... .........

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Aparatos Aparatos de de medida...... medida........................ .................................. .................................. .................................... .................. 15 Medida de tensió tensiónn ................................. .................................................. ................................... ........................... ......... 18 Medida de intensidad intensidad .................................... ...................................................... .................................... .................. 20 Medida de resis resistencia tencia ............................ ............................................. ................................... ........................... ......... 22 Medida de potenc potencia ia ......................... .......................................... ................................... ................................. ............... 28 Medida de frecue frecuencia ncia .............................. ................................................ .................................... ........................ ...... 33 Medida de energía energía ................................. .................................................. ................................... ........................... ......... 34 Polímetro, multímetro o tester .................. ......... ................... ................... .................. .................. .............. ..... 36 Pinza amperimét amperimétrica rica ...................... ...................................... .................................. .................................... .................. 47 Resumen Resumen ................................. ................................................. .................................. .................................... ........................... ......... 51 Autoevalua Autoevaluación ción ................................... ................................................... .................................. ................................. ............... 54 Respuestas Respuestas de activid actividades.............................. ades................................................ .................................... ..................... ... 57 Respuestas de autoevaluación.................... autoevaluación........... .................. .................. .................. .................. ................ ....... 59















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ódulo: Electrotecnia ódulo: Electrotecnia

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Objetivos

Al finalizar el estudio de esta unidad serás capaz de:

r o l a C e d n ó i c c u d o r P y n ó i c a z i t a m i l C , o í r F e d s e n o i c a l a t s n I e d o t n e i m i n e t n a M y e j a t n o M



Describir las características más relevantes, la tipología, clases y procedimientos de uso de los instrumentos de medida utilizados en los l os circuitos electrotécnicos .

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Realizar con precisión y seguridad las medidas de las magnitudes eléctricas fundamentales, utilizando en cada caso, el instrumento y los elementos auxiliares apropiados.















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Conocimientos que deberías adquirir CONOCIMIENTOSS • Concepto y error error de medida. • Aparatos de medida. • Medida de tensión. • Medida de intensidad. • Medida de resistencias. • Medida de potencia. • Medida de frecuencia. • Medida de energía. • El téster, polímetro polímetro o multímetro . • Pinza amperimétrica.

PROCEDIMIENTOS SOBRE PROCESOS Y SITUACIONESS ITUACIONES S • Realizar diferentes procesos de medida en instalaciones electrotécnicas. Seleccionando los instrumentos de medida apropiados, manipulándolos atendiendo a las instrucciones facilitadas por el fabricante f abricante e interpretando los resultados obtenidos.

ACTITUDES S • Hábito en la observación de las normas de manipulación y seguridad de los aparatos de las medidas. • Disciplina en la aplicación de las normas de seguridad establecidas. • Destreza en la realización de las medidas de las distintas magnitudes eléctricas.















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Introducción La medición de las diferentes magnitudes eléctricas de una instalación o aparato eléctrico nos ayudan a comprobar su buen funcionamiento, detectar y reparar averías, estudiar con detenimiento ciertos proceso de diseño de instalaciones y dispositivos eléctricos, así como a evaluar su comportamiento ante eventuales cambios. r o l a C e d n ó i c c u d o r P y n ó i c a z i t a m i l C , o í r F e d s e n o i c a l a t s n I e d o t n e i m i n e t n a M y e j a t n o M

En esta unidad didáctica, se va a hacer un recorrido por la realización de las distintas medidas, considerando los aspectos más importantes a tener en cuenta para su valoración.

Contenidos generales El desarrollo de esta unidad didáctica, se va realizar de una forma exclusivamente práctica, obviando prácticamente los aspectos correspondientes a la constitución interna de los aparatos de medida y considerando, fundamentalmente, los principios de funcionamiento de los distintos aparatos de medida que permiten llevar a acabo mediciones con rapidez y precisión.

















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Concepto de medida ¿Qué significa exactamente medir? ¿Cómo ha de expresarse el resultado de una medición? ¿Cuál es el sistema de unidades obligatorio en España? ¿Existen distintos tipos de mediciones?

Medir es comparar una magnitud (todo aquello que se puede medir), con la cantidad contenida en otra magnitud de igual naturaleza (patrón), que se toma como unidad de referencia. El resultado de una medición, es una cantidad expresada por un número que indica cuantas unidades contiene la magnitud objeto del análisis. La Conferencia General de Pesas y Medidas vigente en la comunidad Económica Europea, ha dado lugar al Sistema Internacional de Unidades (SI) siendo éste “el sistema legal de Unidades de Medida obligatorio en España” según el REAL DECRETO 1317/1998. Existen otros sistemas de unidades de uso habitual entre los cuales destacamos: Sistema Cegesimal (CGS) y Sistema Técnico.

MAGNITUD

S‹MB MBO OLO ‹MB OLO

Cantidad de electricidad

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UNIDADES S.I. DENOMI ENOMINACI INACIÓ NACIÓN ÓN

SÍMBOLO ÍÍ MBOLO

Culombio

C

APARATO DE MEDIDA EDIDA Galvanómetro

















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A la hora de realizar una medida en una instalación o aparato, cabe hacer la distinción entre dos tipos de mediciones: 

Mediciones técnicas o industriales. Destinadas a determinar valores de canti-

dades de magnitudes físicas con fines de información, control, protección o facturación, realizadas generalmente “in situ”, que utilizan instrumentación no excesivamente sofisticada.

r o l a C e d n ó i c c u d o r P y n ó i c a z i t a m i l C , o í r F e d s e n o i c a l a t s n I e

Un ejemplo de este tipo de mediciones en la vida cotidiana lo encontraríamos en los contadores de energía eléctrica, los cuales determinan el valor de la energía consumida con el fin de una posterior facturación. El aparato de medida más utilizado en mediciones técnicas o industriales eléctricas es el polímetro. Con él podemos medir casi la totalidad de las magnitudes eléctricas presentes en una instalación . Fig 1: Contador.



Mediciones metrológicas o de laboratorio. Se utilizan para verificar el correcto

funcionamiento de los instrumentos de media (Calibración) o en el diseño de aparatos y circuitos. Se realizan en condiciones idóneas y distintas de las ambientales, con instrumentos de mayor precisión que los utilizados en mediciones industriales y por organismos de verificación acreditados.

















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Errores de medida Sabemos que medir consiste en comparar una magnitud con otra que utilizamos como patrón (unidad). Siempre que medimos, por razones muy diversas y, en general, difíciles de evitar, corremos el riesgo de no “acertar” con el valor exacto de la magnitud que queremos conocer. ¿A qué son debidos los errores de medida?

Los errores en las medidas se deben unas veces a la imperfección de nuestros instrumentos, al diseño del proceso de medida, a factores ambientales o a factores humanos. La aparición de un error no significa necesariamente que se haya cometido una equivocación a la hora de medir y es necesario conocerlo para tenerlo en cuenta a la hora de realizar la medición. Ejemplo Imaginemos que utilizamos un aparato de medida (voltímetro) que presenta un error del 3%, y efectuamos una medida, cuya lectura es de 100 Voltios. En este caso el resultado será que el valor real de la medida estará comprendido entre 97 y 103 Voltios.

















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Tipos de errores de medida De acuerdo con el origen de los errores, éstos se pueden clasificar en:

r o l a C e d n ó i c c u d o r P y n ó i c a z i t a m i l C , o í r F e d s e n o i c a l a t s n I e



i nadecuada de hacerlas, etc. Error humano: descuido al hacer las medidas, forma inadecuada



Limitaciones de los aparatos: debido a que pueden estar estropeados, mal calibrados o tener poca precisión.



Influencias ajenas a la medida: interferencias, variaciones de temperatura, etc.

Cuando nos disponemos a efectuar una medida en un circuito eléctrico, el hecho de colocar el aparato de medida en el circuito hace que éste se modifique y por lo tanto la medida efectuada lleva implícita un error.

Si atendemos al carácter del error, éstos se pueden clasificar en: 

Errores sistemáticos. Son los que se repiten constantemente y afectan al resultado en un sólo sentido (aumentando o disminuyendo la medida). Pueden ser debidos a un mal calibrado del aparato, a la utilización de fórmulas (teoría) incorrectas, al manejo del aparato de forma no recomendada por el fabricante, etc. Estos errores sólo se eliminan mediante un análisis del problema y una "auditoria" de un técnico más cualificado que detecte lo erróneo del procedimiento.

















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Ejemplo Queremos medir la tensión en una pila de c.c. de la forma más exacta posible. Para ello, medimos cinco veces con un mismo voltímetro, cuya precisión es 0,01 V y obtenemos los siguientes resultados: 8,9 V; 8,8 V; 8,9 V; 9 V; 9,1 V. Tomamos como resultado el valor medio, de las cinco medidas: V=

8,91 + 8,80 + 8,92 + 9 + 9,1 = 8,94 V 5

La medida de la tensión de la pila se expresa 8,94 ± 0,01 V. Esto quiere decir que el valor real de la tensión de la pila está comprendido entre 8,93 y 8,95 V.

Cuantificación del error de medida Existen dos maneras de cuantificar el error de la medida: 

Mediante el cálculo del error absoluto, que corresponde a la diferencia entre el valor real y el valor medido, siendo el valor real el obtenido con un aparato de precisión. Error absoluto = Valor real – Valor medido. Este error nos indica cuanto nos hemos equivocado, pero no nos dice nada sobre la calidad del aparato de medida.



Mediante el cálculo del error relativo, que corresponde al cociente entre el error absoluto y el valor real, se expresa en %



















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Ejemplo Calcular el error absoluto y el error relativo que se produce si, al medir la diferencia de potencial de una batería con el polímetro del taller, obtenemos como resultado 218 V y el valor indicado como valor real es de 230 V. Error absoluto = Valor leído – Valor real = 230 – 218 = 12 V Error relativo = (Error absoluto / Valor real) x 100 = (12 / 218) x 100 = 5,5% r o l a C e d n ó i c c u d o r P y n ó i c a z i t a m

Grado o clase de precisión Se define grado o clase de precisión como el error relativo máximo que puede cometer un aparato de medida, referido al valor final de la escala de medida. Se expresa en %. Clase =

e a máx × 100 Valor final escala

Las clases de precisión están normalizadas y el valor debe aparecer indicado en su escala.



















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La aplicación de los aparatos de medida, según su clase es la siguiente: 

Clase 0,1 y 0,2. Instrumentos de gran precisión para investigación.



Clase 0,5. Instrumentos de precisión para laboratorio.



Clase 1. Instrumentos de medidas portátiles de cc.



Clase 1,5. Instrumentos de cuadros y portátiles de ca.



Clase 2,5 y 5. Instrumentos de cuadros. Ejemplo Un voltímetro de clase 1,5 cuya escala comprende de 0 a 300 voltios, mide una tensión de 180 voltios. ¿Entre qué valores estará comprendida la tensión medida? Partimos de la formula: Clase = (error absoluto m áx / valor final escala ) x 100 Despejamos:



















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En la instalación eléctrica del aula/taller se toma la medida de consumo de cuatro receptores, utilizando dos amperímetros, uno de ellos de alta precisión, consiguiendo las siguientes lecturas: AMPERÍMETRO

2,5

1,5

7

4

2,6 2,6

1

7,2 7,2

4,3

ESCALA 0 A 10 A r o l a C e d n ó i c c u d o r P y n ó i c a z i t a m

AMPERÍMETRO PRECISIÓN ESCALA 0 A 10 A

Calcular:

d



Errores absolutos y relativos.



Grado de precisión del amperímetro.

Si tenemos un tester con unas escalas de tensión de 30, 100 y

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Aparatos de medida La importancia de los aparatos de medida en las instalaciones eléctricas es incalculable, mediante su uso podemos: Diseñar instalaciones y dispositivos eléctricos. 

Clase 0,5. Instrumentos de precisión para laboratorio.



Comprobar su buen funcionamiento.



Evaluar su comportamiento ante eventuales cambios.



Detectar y reparar averías.

Pero, ¿qué características ha de tener un aparato de medida?



















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

Los instrumentos de medida digitales convierten la magnitud eléctrica que se mide, en una señal digital. Estos aparatos basan su funcionamiento en un dispositivo llamado convertidor analógico/digital. La lectura del resultado de medida se realiza en una pantalla o display mediante dígitos, cada digito esta formado por siete segmentos .

r o l a C e d n ó i c c u d o r P y n ó i c a z i t a m

Los instrumentos digitales se denominan por el número de dígitos que presentan en la pantalla para dar la lectura. Un instrumento de tres dígitos permite lecturas 1 a 999. Si le añadimos un 1 o un 0 como cuarta cifra, estará entre 1 y 1.999, aumenta la escala a casi el doble, es un instrumento de 3 dígitos y ½.

Fig. 4: Medidor digital.

Los aparatos de medida analógicos tienden a ser sustituidos por los digitales debido a que: 

Son más precisos.





















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

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Precisión. Es la cualidad que caracteriza la capacidad de un instrumento de medida de dar el mismo valor de la magnitud al medirla varias veces. Si las mediciones se realizan en un intervalo corto, la cualidad por la que se identifica, sería la repetitividad. Si usamos un amperímetro para medir una corriente constante y obtenemos las siguientes medidas: 3,20 A, 3,15 A, 3,25 A, 3,20 A, hay falta de repetitividad.





















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Medida de tensión En esta figura se representa de forma sencilla un voltímetro. ¿Sabes qué magnitud eléctrica se mide con un instrumento de este tipo?: r o l a C e

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Cuando queremos realizar la medida de tensiones en un sistema trifásico, sobre todo en cuadros, podemos recurrir a colocar 3 ó 6 voltímetros con el consiguiente aumento de costes y espacio. Para evitar esto, se recurre a la utilización de conmutadores voltimétricos que permiten realizar la medida entre los tres hilos activos o entre los tres hilos activos y el neutro, utilizando un sólo aparato de medida.





















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Medida de intensidad

r o l a C e

El conocimiento de la intensidad de corriente resulta fundamental a la hora de elegir las secciones de los conductores, controlar el grado de carga de las distintas maquinas, así como escoger los elementos de protección adecuados. ¿Qué tipo de instrumento se utiliza para medir la intensidad?

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En un sistema trifásico, al igual que al medir tensiones, se pueden utilizar conmutadores para usar sólo un amperímetro en vez de varios.

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Medida de resistencia


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Métodos de medida indirecta Existen varios métodos para medir resistencias de forma indirecta.























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o Puente de Wheatstone El puente de Wheatstone es un circuito diseñado para encontrar la resistencia de un componente conociendo la de otros tres componentes. componentes.























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Medida de resistencia de aislamiento La resistencia de aislamiento es la resistencia eléctrica medida en ohmios que presentan dos partes activas de una instalación separadas por un aislante. Esta resistencia suele ser























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Se conecta el cable positivo del megger (generalmente de color rojo) a uno de los cables del motor. 

Se elige la tensión de prueba en el equipo y se aplica observando los resultados en la pantalla del equipo.

























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