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INFORME LABORATORIO N° 2 RECONOCIMIENTO DE MATERIALES Y MEDIDAS DE VOLTAJES CUELLO BAQUERO JOSELIN HERNANDEZ MANJARRES ANDREINA JIMENEZ OPSINO STEFANY NUÑEZ REALES ARNOL VALVERDE ARMENTA ANDREA DOCENTE: JUAN PACHECO FERNANDEZ UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR FACULTAD DE INGENIERÍAS Y TECNOLÓGIAS ELECTROMAGNETISMO - GRUPO 11 VALLEDUPAR - CESAR 2015 Reconocimiento De Materiales Y Medidas De Voltajes OBJETIVOS Reconocer los equipos y materiales utilizados en la medición de magnitudes eléctricas. Realizar medidas de voltajes. Reconocimiento De Materiales Y Medidas De Voltajes MARCO TEORICO INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN DE MAGNITUDES ELÉCTRICAS Se denominan instrumentos de mediciones eléctricas a todos los dispositivos que se utilizan para medir las magnitudes eléctricas y asegurar así el buen funcionamiento de las instalaciones y máquinas eléctricas. La mayoría son aparatos portátiles de mano y se utilizan para el montaje; hay otros instrumentos que son conversores de medida y otros métodos de ayuda a la medición, el análisis y la revisión. La obtención de datos cobra cada vez más importancia en el ámbito industrial, profesional y privado. Se demandan, sobre todo, instrumentos de medida prácticos, que operen de un modo rápido y preciso y que ofrezcan resultados durante la medición. Existen muchos tipos de instrumentos diferentes siendo los más destacados los amperímetros, voltímetros, óhmetros, multímetros y osciloscopios. Galvanómetro Un galvanómetro es una herramienta que se usa para detectar y medir la corriente eléctrica. Se trata de un transductor analógico electromecánico que produce una deformación de rotación en una aguja o puntero en respuesta a la corriente eléctrica que fluye a través de su bobina. Este término se ha ampliado para incluir los usos del mismo dispositivo en equipos de grabación, posicionamiento y servomecanismos. Es capaz de detectar la presencia de pequeñas corrientes en un circuito cerrado, y puede ser adaptado, mediante su calibración, para medir su magnitud. Su principio de operación (bobina móvil e imán fijo) se conoce como mecanismo de D'Arsonval, en honor al científico que lo desarrolló. Este consiste en una bobina normalmente rectangular, por la cual circula la corriente que se quiere medir, esta bobina está suspendida dentro del campo magnético asociado a un imán permanente, según su eje vertical, de forma tal que el ángulo de giro de dicha bobina es proporcional a la corriente que la atraviesa. La inmensa mayoría de los instrumentos indicadores de aguja empleados en instrumentos analógicos, se basan en el principio de operación explicado, utilizándose una bobina suspendida Figura 1. Galvanómetro análogo Reconocimiento De Materiales Y Medidas De Voltajes dentro del campo asociado a un imán permanente. Los métodos de suspensión empleados varían, lo cual determina la sensibilidad del instrumento, así cuando la suspensión se logra mediante una cinta metálica tensa, puede obtenerse deflexión a plena escala con solo 2 μA, pero el instrumento resulta extremadamente frágil, mientras que el sistema de "joyas y pivotes", semejante al empleado en relojería, permite obtener un instrumento más robusto pero menos sensible que el anterior, en los cuales, típicamente se obtiene deflexión a plena escala, con 50 μA. Amperímetro Un amperímetro es un instrumento que se utiliza 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. Figura 2. Amperímetro análogo. 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. Voltímetros Un voltímetro es un instrumento que sirve para medir la diferencia de potencial o voltaje entre dos puntos de un circuito eléctrico cerrado pero a la vez abierto en los polos. Reconocimiento De Materiales Y Medidas De Voltajes Figura 3. Dos voltímetros digitales Los voltímetros se clasifican por su funcionamiento mecánico, siendo en todos los casos el mismo instrumento: Voltímetros electromecánicos: en esencia, están constituidos por un galvanómetro cuya escala ha sido graduada en voltios. Existen modelos que separan las corrientes continua y alterna de la señal, pudiendo medirlas independientemente. Voltímetros electrónicos: añaden un amplificador para proporcionar mayor impedancia de entrada y mayor sensibilidad. Voltímetros vectoriales: se utilizan con señales de microondas. Además del módulo de la tensión dan una indicación de su fase. Voltímetros digitales: dan 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), selección automática de rango y otras funcionalidades. Para 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 se trata de efectuar la medida. Para ello, en el caso de instrumentos basados en los efectos electromagnéticos de la corriente eléctrica, están 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 la fuerza necesaria para el desplazamiento de la aguja indicadora. Reconocimiento De Materiales Y Medidas De Voltajes Óhmetro Un óhmetro u ohmímetro es un instrumento para medir la resistencia eléctrica. El diseño de un óhmetro 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 fija, 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. Figura 4. Óhmetro 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. 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. Reconocimiento De Materiales Y Medidas De Voltajes El osciloscopio presenta los valores de las señales eléctricas en forma de coordenadas en una pantalla, en la que normalmente el eje X (horizontal) representa tiempos y el eje Y (vertical) representa tensiones. La imagen así obtenida se denomina oscilograma. Suelen incluir otra entrada, llamada "eje Z" que controla la luminosidad del haz, permitiendo resaltar o apagar algunos segmentos de la traza. El funcionamiento del osciloscopio está basado en la posibilidad de desviar un haz de electrones por medio de la creación de campos eléctricos y magnéticos. Las dimensiones de la pantalla del TRC están actualmente normalizadas en la mayoría de instrumentos, a 10 cm en el eje horizontal (X) por 8 cm en el eje vertical (Y) Multimetro (a) (b) Figura 5. (a) Multimetro análogo y digital (b) Medición con el multimetro Un multimetro, también denominado polímetro, o tester, es un instrumento eléctrico portátil para medir directamente magnitudes eléctricas activas como corrientes potenciales (tensiones) o pasivas como resistencias, capacidades y otras. Las medidas pueden realizarse para corriente continua o alterna y en varios márgenes de medida cada una. Los hay analógicos y posteriormente se han introducido los digitales cuya función es la misma (con alguna variante añadida). Reconocimiento De Materiales Y Medidas De Voltajes Es un aparato muy versátil, que se basa en la utilización de un instrumento de medida, un galvanómetro muy sensible que se emplea para todas las determinaciones. Para poder medir cada una de las magnitudes eléctricas, el galvanómetro se debe completar con un determinado circuito eléctrico que dependerá también de dos características del galvanómetro: la resistencia interna (Ri) y la inversa de la sensibilidad. Esta última es la intensidad que, aplicada directamente a los bornes del galvanómetro, hace que la aguja llegue al fondo de escala. Además del galvanómetro, el polímetro consta de los siguientes elementos: La escala múltiple por la que se desplaza una sola aguja, permite leer los valores de las diferentes magnitudes en los distintos márgenes de medida. Un conmutador permite cambiar la función del polímetro para que actúe como medidor en todas sus versiones y márgenes de medida. La misión del conmutador es seleccionar en cada caso el circuito interno que hay que asociar al instrumento de medida para realizar cada medición. Dos o más bornas eléctricas permiten conectar el polímetro a los circuitos o componentes exteriores cuyos valores se pretenden medir. Las bornas de acceso suelen tener colores para facilitar que las conexiones exteriores se realicen de forma correcta. Cuando se mide en corriente continua, suele ser de color rojo la de mayor potencial (o potencial +) y de color negro la de menor potencial (o potencial -). La parte izquierda de la figura (Esquema 1) es la utilizada para medir en corriente continua y se puede observar dicha polaridad. La parte derecha de la figura es la utilizada para medir en corriente alterna, cuya diferencia básica es que contiene un puente de diodos para rectificar la corriente y poder finalmente medir con el galvanómetro. El polímetro está dotado de una pila interna para poder medir las magnitudes pasivas. También posee un ajuste de cero, necesario para la medida de resistencias. Reconocimiento De Materiales Y Medidas De Voltajes MEDICIÓN DE VOLTAJE El voltaje es la diferencia del potencial eléctrico entre dos puntos de un circuito eléctrico o electrónico, expresado en voltios. Mide la energía potencial de un campo eléctrico para causar una corriente eléctrica en un conductor eléctrico. La mayoría de los dispositivos de medición pueden medir o leer voltaje. Dos mediciones de voltaje comunes, son la corriente directa (CD) y la corriente alterna (CA). Aunque las mediciones de voltaje son las más sencillas de los diferentes tipos de mediciones analógicas, presentan retos únicos debido a las consideraciones que deben hacerse por el ruido. Reconocimiento De Materiales Y Medidas De Voltajes PROCEDIMIENTO En las fuentes amarillas del laboratorio identifique el tipo de voltaje de cada sección (continuo o alterno), descríbalas y compare las diferentes escalas. Tomamos como referencia, que el orden de las secciones va de derecha a izquierda. PRIMERA SECCION: Contiene una escala de Voltaje Directo que va desde 0- 30V y un Amperímetro de 0 – 1.5ª. SEGUNDA SECCION: Contiene una escala de Voltaje Directo que va desde 0 – 300V y un Amperímetro de 0 – 1.5A. TERCERA SECCION: Contiene 2 escalas de Voltaje Directo una escala fija y la otra variable. La escala fija es de 110V y 10mA y la escala variable que va desde 0 – 300V y un Amperímetro de 0 – 150mA. CUARTA SECCION: Contiene dos escalas de Voltaje Alterno, una fija que es de 6.3V y 2A y una variable que posee dos salidas una va de 0 – 25V y 2A y otra que va de 0 – 250V y 0.8A, donde sus escalas están dadas en porcentajes. Identificamos en el laboratorio que las fuentes de voltaje alterna, son aquellas que están compuestas por dos tomas rojos es decir que ambos polos son positivos, además presentan el voltaje en porcentaje y tienen menor capacidad que las fuentes de voltaje continuo. Por otro lado las fuentes de voltaje continuo pueden medir diferentes cantidades de voltaje estas se componen por un toma rojo que es el positivo y un toma negro que es el negativo. Verifica el estado de cada sección SECCION 1 Funciona FUENTE AMARILLA LORENZO DL 1003 SECCION 2 SECCION 3 Funciona Dañada SECCION 4 Funciona Utilizando el multimetro como voltímetro escoge el rango adecuado para realizar varias mediciones y compara si el valor por el instrumento coincide con el valor que suministre la fuente realiza una tabla de datos donde consignes ambos clases de valores. Reconocimiento De Materiales Y Medidas De Voltajes Se hizo un reconocimiento general de todos los componentes que conforman la fuente amarilla DL 1003 de Lorenzo, donde se pudo observar que esta contaba con 4 SECCIONES, las cuales cuentan con un tipo diferente de voltaje cada una (Continua o Alterna), de la siguiente manera: SECCION 1: Voltaje Continuo. SECCION 2: Voltaje Continuo. SECCION 3: Voltaje Continuo. SECCION 4: Voltaje Alterno. Figura 6. Fuente Amarilla DL 1003 de Lorenzo. Seguidamente con el multimetro en la función de voltímetro tomamos medidas en las diferentes secciones de la fuente amarilla, con el fin de saber en qué estado se encontraban cada una de estas. De este paso se obtuvieron los siguientes resultados: SECCION 1 (25 V) Fuente 5V 10 V 15 V 20 V 25 V Voltímetro 4,5 V 9,7 V 15,0 V 21,2 V 26,9 V Descalibrada FUENTE AMARILLA LORENZO DL 1003 SECCION 3 (110 V) SECCION 2 Fuente 5V 10 V 15 V 20 V 25 V Voltímetro 5,2 V 9,7 V 15 V 20,9 V 26,3 V Descalibrada Fuente Voltímetro NO SIRVE SECCION 4 (250 V) Fuente 29 % = 72, 5 V 40 % = 100 V 10 % = 25 V 60 % = 150 V 80 % = 200 V Dañada Reconocimiento De Materiales Y Medidas De Voltajes Voltímetro 92 V 129 V 36 V 189 V 255 V Descalibrada CALCULOS SECCION 4 FUENTE 250 V MULTIMETRO 29 % 250 * 0.29 = 72,5 V 92 V 40 % 250 * 0.40 = 100 V 129 V 10 % 250 * 0.1 = 25 V 36 V 60 % 250 * 0.6 = 150 V 189 V 80 % 250 * 0.8 = 200 V 255 V Figura 7. Mediciones Analice y coloque la perilla de la fuente en una posición que suministre aproximadamente 50V. Verifique con el multimetro si efectivamente hay aproximadamente los 50 V que supuestamente está suministrando la fuente (no se olvide de la escala) ¿Cuál es la lectura en el multimetro? ¿Es aproximadamente 50 V?, ¿Está totalmente lejos? Explique, y si es el caso intente nuevamente. ¿Qué información suministra la perilla? Después de analizar hasta el momento lo que se ha realizado, Según tu fuente, ¿qué valor de voltaje se debe entonces registrar con la posición de la perilla en 20? ¿Explica la forma como hiciste el cálculo para conocer el resultado anterior? Verifica el resultado con el multimetro, verifica si es correcto el rango de valores de la fuente, si no es correcto determina el nuevo rango. Con el nuevo rango qué valor de voltaje debe registrarse cuando la perilla está en las siguientes posiciones: a. Para la fuente de 0 ÷ 25: b. Para la fuente de 0 ÷ 250: * 15 * 40 * 25. * 75. Cuando se coloco la perilla en los 50 V (20% en la Sección 4, esta actividad se hizo en la sección 4 de corriente alterna, porque la sección destinada para este paso, estaba dañada) el voltímetro arrojo una lectura de 65,6 V, observamos que las lecturas de la fuente y el voltímetro difieren en gran medida, la razón para que esto suceda es que esta sección de la fuente amarilla esta descalibrada, pero para estar complemente seguros se hizo nuevamente la lectura donde se obtuvo el mismo resultado erróneo. Se tomo otra lectura con 20 V de referencia (8% en la Sección 4), y el resultado de la lectura fue de 28,0 V, lo que nos demostró que la fuente Reconocimiento De Materiales Y Medidas De Voltajes en esta sección estaba completamente descalibrada, por lo que siempre dará resultados erróneos para las diferentes mediciones de voltajes. Esta actividad para el rango de 0 – 25 V, no se pudo realizar porque la sección de la fuente, en donde se debía realizar estaba dañada. Estos fueron los resultados obtenidos para la siguiente actividad: FUENTE 40 % 75 % 0 - 250 V 250 * 0.40 = 100 V 250 * 0.75 = 187.5 V MULTIMETRO 126,1 V 238 V Teóricamente el rango que debe tomar el multimetro para el rango de 40 seria 100v y el de 75 seria 187,5 v pero al realizarlo nos dimos cuentas que para el rango de 40 se obtuvo en el multimetro un voltaje de 126,1 V y para el rango de 75 se obtuvo un voltaje de 238 V. Lo que demuestra que la fuente se encuentra descalibrada y se hace imposible obtener el valor requerido. Medir con el voltímetro la diferencia de potencial suministrada por los tomas de corriente del salón. ¿Qué tipo de voltaje es? Una vez esclarecidos todos los conceptos necesarios para la adecuada manipulación del multimetro en sus diferentes funciones, se procedió a la toma de diferentes medidas en los tomacorrientes ubicados en el laboratorio, con el fin de identificar el tipo de voltaje que estos poseen (Continua o Alterna), dando como resultado los siguientes datos: MEDIDAS DE VOLTAJES EN LOS TOMACORRIENTES TOMA 1 TOMA 2 TOMA 3 TOMA 4 TOMA 5 133,4 Voltios 133,8 Voltios 132,8 Voltios 131,8 Voltios 133,9 Voltios Nota: Detectamos que todos los tomacorrientes tenían voltaje Alterno. El tipo de voltaje es en corriente alterna porque tiene alternadores y esta corriente no presenta polaridad. Verifica si la fuente fija voltaje alternos, de las fuentes amarillas, suministra lo que la lectura especifica. La única que se pudo verificar fue la de 250 y no suministra lo especificado las demás no funcionaron. Reconocimiento De Materiales Y Medidas De Voltajes ANALISIS Dados los materiales necesarios para la práctica de manejo del multímetro en función de voltímetro se realizaron mediciones de voltaje en dos tipos de corriente; tanto alterna como continua. Al hacer las mediciones en los tomacorriente, nos dimos cuenta que la corriente que estos poseen es alterna. Al ejecutar el procedimiento en la fuente amarilla, se observó que este tenía 4 secciones y que 3 de ellas eran corriente continua y la otra era alterna. En la mayoría de secciones, se notó que la escala de mediciones era incorrecta ya que no se presenciaba el resultado deseado, lo que nos da a entender que el equipo se encontraba en mal estado, ya sea descompuesto o descalabrado. Cabe resaltar también que no se pudieron hacer algunas actividades debido a que había varias secciones descalibradas y una sección dañada Reconocimiento De Materiales Y Medidas De Voltajes CONCLUSIONES En el laboratorio se pudo observar que el voltaje suministrado en las fuentes amarillas no era el mismo que el dato arrojado por el multímetro o tester, por lo que se concluye que estas fuentes amarillas se encuentran descalibradas. También se logró tener más claridad sobre los temas de corriente continua, corriente alterna y para que son utilizados estos instrumentos. Se logro identificar con claridad las escalas en la que se debe trabajar el multimetro para tener una lectura correcta y evitar accidentes en la desarrollo del laboratorio, de igual manera identificar para cuando se debe tener en cuenta la polaridad al momento de tomar la medidas con el multimetro Reconocimiento De Materiales Y Medidas De Voltajes REFERENCIA BIBLIOGRAFICA http://www.ni.com/tutorial/7113/es/ http://es.wikipedia.org/wiki/Mediciones_el%C3%A9ctricas#Instrumentos_de_m edida http://es.wikipedia.org/wiki/Mult%C3%ADmetro Reconocimiento De Materiales Y Medidas De Voltajes