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Instituto Politécnico Nacional Unidad Profesional Interdisciplinaria De Ingeniería y Ciencias Sociales y Administrativas

Laboratorio de Electricidad Industrial

Practica 1 “Introducción e instrumentos de medición” Secuencia: 3IV60 Integrantes:  Rodríguez López Leslie Karina  Vasquez Norma  Vega García Ana Paola

Prof: Noé Rosas Ortiz Prof. Auxiliar: Armando Rivera Flores Fecha: 23 de agosto del 2016

Objetivos 

Que el alumno conozca los niveles de energía eléctrica que existen desde la generación hasta los que se utilizan en este curso.

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Que el alumno se familiarice con los aparatos de medición y precauciones al utilizarlos.

Lista de Material y Equipo Utilizado          

Un osciloscopio. Un generador de señales. Un voltímetro. Un amperímetro. Un amperímetro de gancho. Un wattmetro. Un multímetro. Un módulo LEEI-1001. Un módulo LEEI-1002. Mesa de trabajo.

Introducción Teórica 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. GENERACIÓN Y TRANSMISIÓN DE ENERGIA ELECTRICA. La producción de grandes cantidades de energía eléctrica, ha sido posible gracias a la utilización de las maquinas generadoras que basan su funcionamiento en los fenómenos electromagnéticos. GENERADOR ELEMENTAL Un alternador es una máquina electromagnética en la que se convierte 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. (Terán, 2002) Las partes principales del alternador son: 

Dos semi-carcasas, que se encargan de soportar a todos los elementos, así como servir de soporte del propio alternador al bloque de motor.

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Rotor, que es el elemento que gira apoyado en sendos rodamientos, los cuales están alojados en las carcasas, y que tiene la función de crear el campo magnético que inducirásobre el estátor la corriente alterna que se generará en el mismo.

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Estator, que va colocado entre las dos carcasas, sujeto por las mismas, por lo que es un elemento estático, y que como se ha apuntado anteriormente tiene la función de generar la corriente alterna que se obtiene de la inducción que produce sobre sus bobinas el campo magnético del rotor.

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Puente rectificador o de diodos, elemento unido a las bobinas del estator, normalmente mediante soldadura, que está integrado por una serie de diodos dispuestos de tal forma entre la masa del alternador y la salida de positivo hacia la batería y caja de derivación, de modo que rectifica la corriente alterna en corriente continua para su utilización en la recarga de la batería y por los sistemas eléctricos del automóvil.

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Regulador de tensión-portaescobillas, que va colocado en la semicarcasa trasera, y tiene la doble función de alimentar eléctricamente al rotor para que este cree el campo magnético necesario para la inducción sobre el estator, así como de regular la tensión continua rectificada que sale del puente rectificador hacia la batería y los consumidores eléctricos a un nivel que suele estar comprendido entre los 14 V y los 14,5 V, según el fabricante.

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Polea de arrastre, fijada por medio de una tuerca al extremo delantero del eje del rotor, al cualarrastra en su giro, que es transmitido por una correa multibanda desde la polea del cigüeñal.

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Ventiladores de refrigeración, que tradicionalmente se montaban de modo único entre lapolea de arrastre y la carcasa delantera, en la actualidad están integrados al eje del rotor ennúmero de dos, por delante y por detrás del mismo, de modo que cuando el alternador estáensamblado éstos quedan en el interior de la carcasa, por lo que los alternadores actualespresentan un aspecto más compacto, además de tener una ventilación mejorada. (Díaz, 2009)

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Partes de un alternador La corriente eléctrica puede ser de dos formas: continua o alterna. La corriente continua se abrevia con las letras C.C. (Corriente Continua) y la alterna, por C.A. (Corriente Alterna). La C.C. implica un flujo de carga que fluye siempre en un solo sentido. Una batería produce C.C. en un circuito porque sus bornes tienen siempre el mismo signo de carga. Los electrones se mueven siempre en el circuito en el mismo sentido: del borne negativo que los repele al borne positivo que los atrae. Aún si la corriente se mueve en pulsaciones irregulares, en tanto lo haga en un solo sentido, es C.C. La C.A. se comporta como su nombre lo indica, los electrones del circuito se desplazan primero en un sentido y luego en sentido contrario, con un

movimiento de vaivén en torno a posiciones relativamente fijas. Esto se consigue alternando la polaridad del voltaje del generador o de otra fuente. La ventaja de la corriente alterna proviene del hecho de que la energía eléctrica en forma de corriente alterna se puede transmitir a grandes distancias por medio de fáciles elevaciones de voltaje que reducen las pérdidas de calor en los cables. (Elías, 2008) Una corriente oscilante es aquella que aumenta y disminuye de valor alternadamente de acuerdo a una ley determinada. (Terán, 2002) Subestaciones eléctricas Una subestación es un conjunto de instalaciones, incluyendo las eventuales edificaciones requeridas para albergarlas, destinada a la transformación de la tensión eléctrica y/o al seccionamiento del circuito. (Terán, 2002) Clasificación de las Subestaciones Eléctricas de acuerdo a: Función: -De maniobra: destinada a la interconexión de dos o más circuitos -De transformación pura: destinada a la transformación de tensión desde un nivel superior a otro inferior. -De transformación/maniobra: destinada a la transformación de tensión desde un nivel superior a otro inferior, así como a la conexión entre circuitos del mismo nivel. -De transformación/cambio del número de fases: destinada a la alimentación de redes con distinto número de fases. -De rectificación: destinada a alimentar una red en corriente continua (subestación de tracción) -De central: destinada a la transformación de tensión desde un nivel inferior a otro superior (centrales eléctricas). Según su voltaje y potencia: -Subestaciones en las plantas generadoras o centrales eléctricas: Estas se encuentran en las centrales eléctricas o plantas generadoras de electricidad, para modificar los parámetros de la potencia suministrada por los generadores, permitiendo así la transmisión en alta tensión en las líneas de transmisión. Los generadores pueden suministrar la potencia entre 5 y 25 kV y la transmisión depende del volumen, la energía y la distancia. -Subestaciones receptoras primarias: Se alimentan directamente de las líneas de transmisión, y reducen la tensión a valores menores para la alimentación de los sistemas de subtransmisión o redes de distribución, de manera que, dependiendo de la tensión de transmisión pueden tener en su secundario tensiones de 115, 69 y eventualmente 34.5, 13.2, 6.9 o 4.16 kV. -Subestaciones receptoras secundarias: Generalmente estas están alimentadas por las redes de subtransmisión, y suministran la energía eléctrica a las redes de distribución a tensiones entre 34.5 y 6.9 kV. Relación entre Subestaciones, Líneas de Transmisión y Centrales Eléctricas Generadoras

Por razones técnicas (aislamiento, enfriamiento, etc.), los voltajes de generación en las centrales generadoras son relativamente bajos en relación con los voltajes de transmisión, por lo que si la energía eléctrica se va a transportar a grandes distancias estos voltajes de generación resultarían antieconómicos debido a que se tendría gran caída de voltajes. De aquí se presenta la necesidad de transmitir la energía eléctrica a voltajes más elevados que resulten más económicos. (Terán, 2002) Criterios para la determinación de la Capacidad de una Subestación Eléctrica. (Capacidad Firme). La capacidad de transformación de una subestación de distribución, debe ser tal que con el transformador de mayor capacidad fuera de servicio, aún sea posible alimentar la totalidad de la demanda. De acuerdo a las normas ANSI C57.92 del año 1962, un transformador de potencia a una temperatura ambiente de 35 °C, sometida a una carga previa al pico de demanda del 70% de su capacidad de placa y una duración del pico de carga de 8 horas al 130% de su capacidad nominal, sufre una pérdida de vida del 1%. De acuerdo a esto la capacidad firme de una subestación, con todos sus transformadores idénticos y con posibilidades de transferencia de barras es: CF = 1,3 x (NT - l) xP Donde: P = Capacidad nominal de cada transformador. Nt = Número de unidades de transformación de la subestación. CF = Capacidad firme de la subestación. Elementos que Constituyen una Subestación Eléctrica. 1- Interruptor automático 2- Seccionadores 3- Conmutadores de puesta a tierra 4- Transformadores de corriente 5- Transformadores de potencial o transformadores de voltaje capacitor 6- Capacitores de acoplamiento 7- Filtros de línea 8- Apartarrayos y/o espinterómetros 9- Transformadores de potencia 10- Reactores de derivación 11- Reactores limitadores de corriente 12- Barras y aisladores de estación 13- Sistemas de puesta a tierra

14- Capacitores en serie 15- Capacitores en derivación

Esquemas de Subestaciones y Criterios para su Selección. Barra principal Este arreglo es aquel que tiene una barra colectora, tanto de A.T. como en M.T., en donde convergen todos los alimentadores en su barra correspondiente. En A.T. se utiliza preferentemente en desarrollos de bajo crecimiento y su operación es en forma radial o pudiendo integrarse a un anillo del sistema eléctrico, previendo el espacio para el crecimiento futuro. (Terán, 2002) Las características o alcances de una subestación eléctrica con este arreglo son: a) Barra principal para hasta 4 alimentadores en A.T. b) Uno o dos transformadores. c) Banco de capacitores en A.T. (opcional). Barra principal - barra de transferencia Este arreglo es aquel que tiene dos barras colectoras, la principal que lleva toda la carga y la de transferencia, que se utiliza para transferir la carga de un transformador de potencia o un alimentador de A.T. a través de un interruptor comodín. Se utiliza en áreas de corredores industriales, zonas de alto crecimiento y en áreas donde se requiera mayor confiabilidad permitiendo el crecimiento, que su operación sea a un anillo del sistema eléctrico y que permita la salida de líneas de alta tensión para operación. Las características o alcances de una subestación eléctrica con este arreglo son: a) Barra principal-barra transferencia, para hasta 4 alimentadores en A.T. b) Uno o dos transformadores. c) Banco de capacitores en A.T. (opcional). Anillo Este arreglo es aquel que tiene secciones de barra, las cuales están interconectadas y forman un anillo, en donde convergen todos los elementos. Este arreglo se utiliza donde se requiere alta confiabilidad tanto en la subestación eléctrica, como en el sistema que la alimenta y su operación es en anillo. Las características y alcances de una Subestación Eléctrica con este arreglo son: a) Buses de A.T. con disposición en “anillo” hasta 4 líneas.

b) Uno o dos transformadores. c) No incluir banco de capacitores en A.T. Arreglo de barras en “H” Este arreglo se utiliza en áreas sin crecimiento en A.T., limitado a dos alimentadores y dos bancos de transformación, su operación es dentro de un anillo del sistema eléctrico (dos fuentes) y no se deben instalar más de dos subestaciones eléctricas adyacentes. Las características y alcances de la subestación eléctrica con este arreglo son: a) Barras de A.T. en disposición “H” para dos líneas. b) Uno o dos transformadores. c) No incluir banco de capacitores en A.T. Criterios de selección  Condiciones ambientales normalizadas.  Temperatura, nivel isoceraunico, sismos, vientos, etc.  Tensiones normalizadas.  Sobretensiones de origen atmosférico, de maniobra y a frecuencia industrial.  Corriente nominal y de cortocircuito.  Pórticos.  Soportes de equipos.  Soportes de barras.  Distancias de seguridad, entre fases y a tierra.  Equipos que pueden permitir el mantenimiento con seguridad.  Criterios tales como elevación de la temperatura en condiciones de operación normal y de emergencia. Tamaños normalizados, tipos de conector, aisladores, anclajes, interferencias radiofónicas.  Criterios para la selección de cables de mando y medida. Uso del blindaje.  Criterios generales para la protección de líneas (confiabilidad, seguridad, estabilidad y otros utilizados en el sistema de CADAFE). Esquemas de principios para la protección de transformadores, baterías de condensadores, barras, fallas de disyuntores, salidas, etc.  Tipos de mando y señalización requeridos en cada tipo de subestación con normas o guías de referencia.  Criterios generales que sirven para:  Comunicaciones internas.

 Sistemas de ondas portadoras.  Sistemas de micro-ondas.  Sistemas de radio

Utilizados en las subestaciones, así como los requerimientos para cada tipo normalizado. o Criterios generales como la elevación de potencial, potencial de toque y de paso, magnitud y duración del cortocircuito, uso de las cuchillas de puesta a tierra, tipo de conectores y conductores así como las normas y guías de referencia. o Consideraciones generales sobre el diseño de las subestaciones bajo el punto de vista del sísmico. Lista de puntos críticos, estudios requeridos, pruebas, normas y guías de referencia. o Campo eléctrico aceptable en vías de tránsito, zonas accesibles a pie, para vehículos, etc. o Niveles de ruido audibles y radio interferencias aceptables. o Ruido debido a los transformadores y reactancias. o Ruido debido a los conductores tendidos. o Requisitos de enclavamientos. o Identificación de los equipos y fases. o Avisos de maniobra. o Nomenclatura de los equipos, cables de mando y cables de potencia. o Esquemas utilizados para tipo de subestaciones en corriente continúa y alterna, alumbrado, tomas de corriente, servicios de agua, ventilación, aire acondicionado, etc. o Sistemas y dispositivos requeridos en cada tipo de subestación para transformadores, reactancias, casas de mando, edificaciones, etc. o Control de acceso. o Sistemas de alarma. o Dispositivos de seguridad. o Avisos de peligros. o Normas de trabajo.

Esquema de una subestación eléctrica

Desarrollo  Volmetro Aparato que, intercalado en un hilo conductor, mide la intensidad de la corriente eléctrica que circula por él. Consta de un imán fijo entre cuyos extremos se encuentra una bobina móvil capaz de girar alrededor de un eje. Al pasar la corriente por la bobina, se crea un campo magnético que hace moverse a la bobina. Una aguja unida a esta señala en una escala las desviaciones de la bobina, que son proporcionales a la intensidad de corriente. Este aparato se conecta en paralelo mediante un cable banana-banana, el cual puede medir corriente directa o alterna, cuenta con un espejo el cual sirve para evitar el efecto de paralelismo con rangos de 1 a 300 V.

 Amperímetro Un amperímetro es un instrumento que sirve para mediar la intensidad de corriente que circula por un circuito eléctrico. Los amperímetros, en esencia, están constituidos por un galvanómetro cuya escala ha sido graduada en amperios. Para efectuar la medida de la intensidad de la corriente circulante, el amperímetro ha de colocarse en serie, para que sea atravesado por dicha corriente. Esto nos lleva a que el amperímetro debe poseer una resistencia interna lo más pequeña posible, a fin de que no produzca una caída de tensión apreciable. Para ello, en el caso de instrumentos basados en los efectos electromagnéticos de la corriente eléctrica, estarán formados por bobina de hilo grueso y con pocas espiras.

 Multímetro Digital El multímetro digital es un instrumento electrónico de medición que generalmente calcula voltaje, resistencia y corriente, aunque dependiendo del modelo de multímetro puede medir otras magnitudes como capacitancia y temperatura. Gracias al multímetro podemos comprobar el correcto funcionamiento de los componentes y circuitos electrónicos.

 Multímetro Analógico Multímetro analógico, denominado también medidor múltiple analógico, es un medidor de aguja que puede medir múltiples magnitudes eléctricas. Además de la medición de las magnitudes de corriente y tensión, así como de resistencia en diferentes rangos de medición, el multímetro analógico también es apto para pruebas de diodos o de continuidad. El multímetro analógico moderno de hoy en día suele estar equipado con un sistema de medida de bobina móvil. Un

multímetro analógico de la primera generación en cambio tenía sistemas de medida de hierro. Un multímetro analógico se emplea con frecuencia en escuelas, empresas de formación profesional, laboratorios, universidades y el sector de la investigación. En estos ámbitos de aplicación, el multímetro analógico es muy valorado por su rápida comprensión visual de los valores de medición, la fácil percepción de tendencias y la indicación promediada en caso de valores de medición muy oscilantes.

 Amperímetro o Voltímetro de Gancho Un amperímetro de gancho o pinza amperimétrica es un equipo de prueba eléctrico que combina un voltímetro con una pinza que mide corriente. La capacidad de las pinzas para medir grandes corrientes alternas, es gracias a la acción de un simple transformador. Cuando se fijan las mandíbulas de un instrumento o la sonda de corriente flexible alrededor de un conductor que lleva a corriente alterna, esa corriente es incorporada a las mandíbulas o sonda de la pinza, similar al núcleo de acero de un transformador de poder, y a una bobina secundaria que está conectada a través de la derivación de la entrada del amperímetro.

 Wattmetro Instrumento de medición eléctrico que mide la potencia eléctrica, este está constituido por un voltímetro y un amperímetro ya que relacionados estos con la siguiente fórmula nos da como resultado la potencia. VA = W. Con este instrumento se puede medir la potencia conectándose en serieparalelo.

 Osciloscopio El osciloscopio es básicamente un dispositivo de visualización gráfica que muestra señales eléctricas variables en el tiempo. El eje vertical, a partir de ahora denominado Y, representa el voltaje; mientras que el eje horizontal, denominado X, representa el tiempo. Con este dispositivo podemos ver la forma de onda de un circuito. Se conecta en negativo con caimán, y en positivo con gancho.

 Generador de funciones El generador de funciones es un equipo capaz de generar señales variables en el dominio del tiempo para ser aplicadas posteriormente sobre el circuito bajo prueba. Las formas de onda típicas son las triangulares, cuadradas y senoidales. También son muy utilizadas las señales TTL que pueden ser utilizadas como señal de prueba o referencia en circuitos digitales. Otras aplicaciones del generador de funciones pueden ser las de calibración de equipos, rampas de alimentación de osciloscopios, etc.

 Tablero didáctico En este tablero didáctico se encuentran diversos dispositivos como frecuencias, capacitores, diodos, transistores, entre otros.

 Mesa de Trabajo 1. Botones de arranque-paro (en el tablero se cierra luz int.) 3. Interruptores trifásicos termomagneticos. 4. Luz indicadora. 5. Control de tensión de cero 0-250V. 6. Voltímetro de 0-300V. 7. Salida trifásica de 0-250V ente fases y 0-144V al neutro. 8. Salida trifásica sin ajuste de 220V (tensión lineal). 9. Botón de emergencia. 10. Contacto de 122V. C.A. monofásico.

Conclusiones Los aparatos mostraos durante la práctica nos indican claramente su función, si bien no son los más modernos su eficiencia no debe variar demasiado con las mediciones reales. Como bien indico el maestro durante la teoría, la electricidad no es un juego ya que un mal uso de ella puede ocasionar un accidente severo, por lo cual es fundamental que se le dé un uso adecuado a cada uno de los aparatos de medición, además de conservarlos en perfectas condiciones para así evitar su deterioro. La mesa de trabajo es la pieza fundamental del laboratorio ya que sin ella no se podría realizar la mayoría de los experimentos planeados para el curso. Su correcto funcionamiento y uso depende del alumno tanto del técnico que realiza el mantenimiento. Es importante dominar el uso de la misma en cuanto a todas sus funciones, pero es primordial que el alumno sepa que hacer en caso de

una emergencia que pudiera llegar a suceder, ya que con el botón rojo en el centro de la mesa se puede evitar una tragedia mayor.

Fuentes de información 

Díaz, J. (2009) EL ALTERNADOR EN LOS VEHÍCULOS ACTUALES. I.E.S Torreblanca, Sevilla. ISSN 1988- 6047 Fuente: http://www.csicsif.es/andalucia/modules/mod_ense/revista/pdf/Numero_23/JESUS_DI AZ_FONSECA01.pdf Fecha y hora de recuperación: 12/02/16 17:19 hrs.



Elías, S. (2008) CORRIENTE ALTERNA. Facultad de Ingeniería de la UNSJ Fuente: http://www.fi.unsj.edu.ar/departamentos/DptoFisica/fiic/archivos/Corrient e%20Alterna.pd Fecha y hora de recuperación: 12/02/16 17:43 hrs.



Hewitt, P. (2007) FÍSICA CONCEPTUAL. México: Pearson AddisonWesley. Fuente: http://unam.libri.mx/libro.php?libroId=156 Fecha y hora de recuperación: 11/02/16 11:12 hrs.



ABB, Empresa. (2015) INSTRUMENTOS DE MEDIDA ANALÓGICOS/DIGITALES. Fuente: http://www.voltimum.es/ecatalogue/brand/abb/family/instrumentos-medida-analogicosdigitales Fecha y hora de recuperación: 10/02/16 9:10 hrs



EcuRed (2014) EL VOLTÍMETRO. Cuba. Fuente: http://www.ecured.cu/Volt%C3%ADmetro Fecha y hora de recuperación: 10/02/16 9:36 hrs.



Hernández, M. (2010) ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA INDUSTRIAL. Tecnológico de Estudios Superiores OEM México. Fuente: http://www.tesoem.edu.mx/alumnos/cuadernillos/2010.013.pdf Fecha y hora de recuperación: 14/02/16 13:22 hrs.



Valdez, R. (2011) INTRODUCCIÓN AL MULTÍMETRO. Fuente: http://www.demaquinasyherramientas.com/herramientas-demedicion/multímetro Fecha y hora de recuperación: 14/02/16 14:03 hrs.



Borrego, A. (1997) EL OSCILOSCOPIO. Venezuela. Fuente: http://prof.usb.ve/mirodriguez/osciloscopio.pdf Fecha y hora de recuperación: 14/02/16 18:21 hrs.