LABORATORIO Nº06

CURSO:

LABORATÓRIO DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS II

DOCENTE

ING. HÉCTOR OLIDEN NUÑEZ

INTEGRANTES:

PAZ PANTA ROBERTO

OLANO GUEVARA PAULO

ELIAS DIAS DIEGO

VERA VASQUEZ JOSE MIGUEL

MONTENEGRO GRANADOS EDUARDO

SEMESTRE ACADEMICO:

2010-II

Lambayeque, mayo del 2011

UNIVERSIDAD NACIONAL

“PEDRO RUIZ GALLO”

FACULTAD INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

LABORATORIO Nº 06

MEDIDORES DE ENERGIA ELECTRICA:

I. OBJETIVO:

Medir el valor de la energía eléctrica con ayuda de de medidores.

La determinación de la la energía de la corriente eléctrica, los cuales miden directamente la potencia, o bien mediante Contadores en los que la potencia se obtiene a partir de la energía registrada.

En esta práctica el alumno deberá calcular la energía eléctrica consumida tanto en cargas monofásicas como trifásicas, empleando para ello medidores ya sean electromecánico o electronicos.

II. EQUIPOS E INSTRUMENTOS:

Multitester SANWA CD800. Pinza Amperimetrica HURRICANE HR-29. Panel de conexión. Conectores. Alimentación (extensión). Medidores de energía (electromecánicos y digitales). Medidores (electromecánicos o electronicos)

1.-MULTITESTER

Es un instrumento de mediciones eléctricas que se utiliza tanto en electricidad como en electrónica, recibe también el nombre de multímetro o multitéster por el amplio rango de medición y su capacidad de medir corriente, tensión o voltaje, resistencia, continuidad, etc.

Existen dos tipos fundamentales. El multímetro analógico, que también se lo conoce como Tester o Multitester, posee partes eléctricas y mecánicas; mientras que el Multímetro Digital es un instrumento completamente electrónico que está reemplazando al Tester por diversas razones: es más fácil de usar, su respuesta en tiempo es superior, no cambia la carga de la

mayoría de los cicuitos y son más baratos. Ambos aparatos suelen estar adaptados para otras funciones, como medir capacidades de condensadores, comprobar diodos y transistores, medir temperaturas a través de una termocupla, medir frecuencias, etc.

Los multímetros deben configurarse y conectarse apropiadamente dependiendo de lo que se quiera medir con ellos. Por lo cual poseen, principalmente, un selector de funciones, varios bornes de entrada y un selector de escala. Es entonces importante conocer como usarlos correctamente.

Veamos cual es la manera de medir voltajes, corrientes y resistencias. Los téster pueden medir voltaje en corriente alterna y contínua, intensidad o amperaje, resistencias, continuidad, y en algunos casos diodos y transistores (componentes electrónicos). Es asó como el tester es un elemento muy útil para trabajar en equipos e instalaciones eléctricas.

Disposición de los Cables:

El rojo se coloca en el borne positivo (marcado +, o en algunos casos V mA) y el negro en el borne negativo (marcado -, o denominado común COM). Generalmente existe un tercer borne que cumple diversas funciones según el tipo de instrumento.

2.-PINZA AMPERIMETRICA

La pinza es un tipo especial de amperímetro que permite obviar el inconveniente de tener que abrir el circuito en el que se quiere medir la corriente para colocar un amperímetro clásico.

El funcionamiento de la pinza se basa en la medida indirecta de la corriente circulante por un conductor a partir del campo magnético o de los campos que dicha circulación de corriente que genera. Recibe el nombre de pinza porque consta de un sensor, en forma de pinza, que se abre y abraza el cable cuya corriente queremos medir.

Este método evita abrir el circuito para efectuar la medida, así como las caídas de tensión que podría producir un instrumento clásico. Por otra parte, es sumamente seguro para el operario que realiza la medición, por cuanto no es necesario un contacto eléctrico con el circuito bajo medida ya que, en el caso de cables aislados, ni siquiera es necesario levantar el aislante.

III. FUNDAMENTO TEORICO:

Explicación de la del comportamiento de los medidores de energía electrica.

Como se sabe la energía eléctrica es a la forma de energía resultante de la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos, lo que permite establecer una corriente eléctrica entre ambos para obtener trabajo, sabiendo que la energía eléctrica puede transformarse en muchas otras formas de energía, tales como la energía luminosa o luz, la energía mecánica y la energía térmica.

Pues bien, la energía eléctrica tiene una gran importancia para el desarrollo de una zona habitada por sus diversas y múltiples aplicaciones, es así que es importante cuantificar el consumo de energía eléctrica en los diversos puntos o usuarios que utilizan este importante elemento.

Las compañías eléctricas que venden "electricidad", deben saber cuánta electricidad consume cada uno de sus clientes. De otra manera, no tendrían forma de saber cómo facturar. Esto lo hacen por medio de un Medidor de Energía o Contador eléctrico(llamado también Vatihorímetro), por cada consumidor.

Es importante señalar que la electricidad no se puede medir, ya que si lo recordamos esta es solo un fenómeno, para ello con el medidor eléctrico se puede saber, cuanto trabajo se realiza por cada consumidor conectado.

Esta facturación por cada usuario se hace en función a la cantidad de trabajo que efectúa la energía eléctrica que consume. Así pues, para determinar el trabajo total efectuado, que es lo mismo que la potencia total consumida, se multiplica la rapidez de ejecución del trabajo en Watt, por el tiempo total durante el cual se efectúa el trabajo.

En el presente trabajo se tratara de explicar en conceptos generales todo lo concerniente a medidores de energía eléctrica dado a su gran importancia en el campo de la electricidad y por ende en el campo de la ingeniería eléctrica.

MEDIDOR DE ENERGÍA ELÉCTRICA:

El medidor de consumo eléctrico también es conocido como medidor de energía eléctrica. Es un tipo de medidor para medir la energía eléctrica. Recoge el voltaje y corriente de la fuente de energía, convierte la información en salida de pulso (proporcional a la energía eléctrica) y tiene la información visualizada en un registro o un visor digital.

El medidor de energía eléctrica es un aparato que contabiliza la energía en las líneas y redes de corriente alterna, tanto monofásicas y trifásicas.

Estos instrumentos funcionan bajo el principio de inducción magnética, producido por la circulación de corriente.

CLASIFCACIÓN DE LOS MEDIDORES DE ENERGIA ELÉCTRICA:

Existen varios tipos de medidores dependiendo de su construcción, tipo de energía que mide, clase de precisión y conexión a la red eléctrica.

DEACUERDO CON SU CONSTRUCCIÓN:

Pueden clasificarse en tres grupos:

Medidores electromecánicos: o medidores de inducción, compuesto por un conversor electromecánico (básicamente un vatímetro con su sistema móvil de giro libre) que actúa sobre un disco, cuya velocidad de giro es proporcional a la potencia demandada, provisto de un dispositivo integrador.

Medidores electromecánicos con registrador electrónico: el disco giratorio del medidor de inducción se configura para generar un tren de pulsos (un valor determinado por cada rotación del disco, p.e. 5 pulsos) mediante un captador óptico que sensa marcas grabadas en su cara superior. Estos pulsos son procesados por un sistema digital el cual calcula y registra valores de energía y de demanda. El medidor y el registrador pueden estar alojados en la misma unidad o en módulos separados.

Medidores totalmente electrónicos: la medición de energía y el registro se realizan por medio de un proceso análogo-digital (sistema totalmente electrónico) utilizando un microprocesador y memorias. A su vez, de acuerdo a las facilidades implementadas, estos medidores se clasifican como:

Medidores de demanda: miden y almacenan la energía total y una única demanda en las 24 hs. (un solo períodos, una sola tarifa).

Medidores multitarifa: miden y almacenan energía y demanda en diferentes tramos de tiempo de las 24 hs., a los que le corresponden diferentes tarifas

(cuadrantes múltiples). Pueden registrar también la energía reactiva, factor de potencia, y parámetros especiales adicionales.

Para los pequeños consumidores, industriales y domiciliarios, se mantiene aún el uso de medidores de inducción de energía activa y reactiva. Para los medianos consumidores se instalan generalmente medidores electrónicos. Para los grandes consumidores, a fin de facilitar la tarea de medición y control, el medidor permite además la supervisión a distancia vía módem (en muchas marcas incorporado al medidor).

DE ACUERDO CON LA ENERGÍA QUE MIDEN:

Medidores de energía activa: Mide el consumo de energía activa en kilovatios – Hora.

Medidores de energía reactiva: Mide el consumo de energía reactiva en kilovares – hora. La energía reactiva se mide con medidores electrónicos que miden tanto la energía activa como la energía reactiva.

DEACUERDO CON LA CONEXIÓN EN LA RED:

Medidor monofásico bifilar: Se utiliza para el registro de consumo en una acometida que tenga un solo conductor activo o fase y un conductor no activo o neutro.

Medidor monofásico trifilar: Se utiliza para el registro del consumo de una acometida monofásica de fase partida (110/220 V) donde se tienen dos conductores activos y uno no activo o neutro.

Medidor bifásico trifilar: Se utiliza para el registro del consumo de energía de una acometida en B.T de dos fases y tres hilos, alimentadas de la red de B.T de distribución trifásica.

Medidor trifásico tetrafilar: Se utiliza para el consumo de energía de una acometida trifásica en B.T de tres fases y cuatro hilos.

Medidor trifásico trifilar: Se utiliza para el registro de consumo de energía de una acometida trifásica de tres fases sin neutro.

DE ACUERDO CON LA EXACTITUD:

Según la norma NMP 006:1997, los medidores se dividen en 3 clases: 0.5, 1 y 2

Medidores Clase 0.5: Los medidores de energía activa para corriente alterna de la Clase 0.5 se utilizan para la medición de cantidades de energía muy grandes, pero con un pequeño campo de carga. La instalación de estos medidores debe realizarse con mucho cuidado, eliminando o reduciendo al mínimo las magnitudes de influencia externas tales como los campos magnéticos, la no verticalidad y la variación de la temperatura ambiente. Se utilizan para medir la energía activa suministrada en bloque en punto de frontera conotras empresas electrificadoras o grandes consumidores.

Medidores Clase 1:Incluye los medidores trifásicos para medir energía activa y reactiva de grandesconsumidores.

Medidores Clase 2:Es la clasificación básica e incluye los medidores monofásicos y trifásicos para medirenergía activa en casas, oficinas, locales comerciales y pequeñas industrias.

El índice de clase 0,5, 1, y 2 significa los límites de error porcentual admisible para todos los valores de corriente entre el 10% nominal y la I máxima con un factor de potencia iguala uno.

FUNCIONAMIENTO:

El medidor es un equipo de medida que registra el consumo de energía eléctrica del usuario a través de un contómetro o numerador.

Para explicar el funcionamiento de un medidor de energía eléctrica, escogeremos del medidor más elemental pero que es muy importante saber su funcionamiento, trataremos del medidor electromecánico o conocido como medidor de inducción.

El medidor electromecánico utiliza dos juegos de bobinas que producen campos magnéticos; estos campos actúan sobre un disco conductor magnético en donde se producen corrientes parásitas.

La acción de las corrientes parásitas producidas por las bobinas de corriente sobre el campo magnético de las bobinas de voltaje y la acción de las corrientes parásitas

producidas por las bobinas de voltaje sobre el campo magnético de las bobinas de corriente dan un resultado vectorial tal, que produce un par de giro sobre el disco. El par de giro es proporcional a la potencia consumida por el circuito.

El disco está soportado por campos magnéticos y soportes de rubí para disminuir la fricción, un sistema de engranes transmite el movimiento del disco a las agujas que cuentan el número de vueltas del medidor. A mayor potencia más rápido gira el disco, acumulando más giros conforme pasa el tiempo.

Las tensiones máximas que soportan los medidores eléctricos son de aproximadamente 600 voltios y las corrientes máximas pueden ser de hasta 200 amperios. Cuando las tensiones y las corrientes exceden estos límites se requieren transformadores de medición de tensión y de corriente. Se utilizan factores de conversión para calcular el consumo en dichos casos.

También es importante indicar que existe una bobina de sombra que es una chapita la cual esta cortocircuitada. Dicha bobina posee una resistencia despreciable y por ende en esta se generará una corriente muy importante, la cual al estar sometida a un campo generara un par motor que eliminara el coeficiente de rozamiento de los engranajes. El medidor comenzara a funcionar con el 1 % de la carga y entre un factor de potencia 0,5 en adelanto y atraso.

ELEMENTOS QUE CONSTITUYEN UN MEDIDOR DE ENERGIA ELECTRICA TIPO INDUCCIÓN:

En un medidor de energía tipo inducción los principales elementos son el circuito magnético, la bobina de corriente, la bobina de tensión y el sistema de registro. El circuito magnético está formado por un núcleo cerrado de chapas de fierro con sílice y por las bobinas que se montan sobre el núcleo.

La bobina de corriente (en serie con el conductor por el que circula la corriente principal) está constituida por unas pocas espiras de pletina de cobre arrollada sobre un carrete aislante. A través de esta bobina circula toda la corriente que se utiliza en el circuito o instalación, por lo tanto su conexionado es en serie. La bobina de tensión (en derivación sobre los dos conductores) está formada por muchas espiras de alambre fino de cobre arrolladas sobre un carrete aislante. Esta bobina se conecta en paralelo al circuito y mide la tensión aplicada a él. Los flujos magnéticos producidos por ambas bobinas están desfasadas 90° y actúan sobre un disco rotórico de aluminio. Estos flujos producen pares de giros, que a su vez provocan un movimiento de rotación del disco de aluminio a una velocidad angular proporcional a la potencia. El disco de aluminio es, además, frenado por un imán (freno de corrientes parásitas) de tal forma que la velocidad angular del disco sea proporcional a la carga. El sistema de registro es un mecanismo receptor del

movimiento que produce la corriente cuando circula por las bobinas, el cual es producido por inducción magnética. El aparato está completado por un registrador, que mediante un sistema de transmisión indica los kilovatios-hora consumidos.

ESTRUCTURA DE UN MEDIDOR ELECTROMECÁNICO:

El medidor de inducción está constituido por las siguientes partes:

1. Bobina de Tensión 2. Bobina de Intensidad 3. Imán de frenado 4. Regulación fina 5. Regulación gruesa 6. Disco 7. Sistema de Transmisión 8. Terminales de conexión

La representación esquemática de la estructura de un medidor de inducción, se visualiza a continuación en la siguiente figura:

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES EN LOS MEDIDORES DE ENERGÍA ELÉCTRICA:

En la placa de características de un medidor de energía se indica:

a) Corriente Nominal (In): corriente para la cual el medidor es diseñado y que sirve de referencia para la realización de ensayos y verificaciones. También se la conoce como corriente básica.

b) Corriente máxima (Imáx): es la intensidad límite, es decir, el máximo amperaje que puede ser conducido en régimen permanente por la corriente del medidor, sin que su error porcentual y temperatura admisible sean superados. Este valor de la corriente límite se indica entre paréntesis detrás de la corriente nominal In(Imax); por ejemplo: 10 (20) A, 10(40) A, 15(60) A,15 (100)A., etc.

c) Tensión nominal: Tensión para la cual el medidor es diseñado y sirve de referencia para la realización de pruebas. Se debe indicar que los medidores electrónicos se diseñan con un rango de tensión sin que se vea afectado su precisión.

d) Constante del disco (Kh ): expresada en Wh/revolución, es el número de vatios-hora correspondientes a una revolución o vuelta completa del disco. Expresada en revolución/Kwh, es el número de revoluciones correspondiente a un KWh que debe dar el disco. En medidores electrónicos, esta constante viene expresada en Wh/pulso.

e) Clase de precisión: Es el valor máximo del error de medición expresado en porcentaje para el cual fue diseñado el medidor dentro del rango 10% de corriente nominal y su corriente máxima.

MARCAS MÁS CONOCIDAS DE MEDIDORES DE ENERGÍA ELÉCTRICA:

Existen muchas empresas que fabrican y distribuyen estos productos para la medición de la energía eléctrica, entre las marcas más reconocidas podemos mencionar:

- MEDIDOR ELECTRICOASSME- MEDIDOR ELECTRICOMERCAR- MEDIDOR ELECTRICOTWILIGHT- MEDIDOR ELECTRICOMETERING ENGINEERING- MEDIDOR ELECTRICO FALKE- MEDIDOR ELECTRICO STRONGER

V. PROCEDIMIENTO Y TABULACION:

Se empieza la práctica de laboratorio, instalando los diferentes instrumentos y útiles de laboratorio, de tal manera que se pueda medir:

Luego de tomar las medidas iníciales del medidor se procede a dejar pasar un tiempo (t), y luego de ese tiempo se toma las nuevas medidas que marcan los medidores, del electromecánico y del electrónico.

Para hallar la energía utilizada se procede a aplicar la siguiente formula en base al tiempo transcurrido.

E = P x T

(Para un tiempo de 20 minutos y una potencia de 1.12 KW)

Medidor EléctricoStronger - MonofásicoCiclometrico

Medidor EléctricoFalke - Monofásico Digital

Medidor EléctricoStronger - Monofásico Digital

TIPO DE MEDIDOR INICIAL FINAL

ELECTROMECANICO 38,58 KW-H 38,96 KW-H

ELECTRONICO 9,98 KW-H 10,34 KW-H

V. CONCLUCIONES:

Se pudo concluir que la energía varia de acuerdo al tiempo que transcurre en

funcionamiento.

VI. RECOMENDACIONES:

Tener cuidado al momento de manipular los diferentes instrumentos de laboratorio ya que se está trabajando con corriente alterna (220 V) y de tal forma evitar daños, ya sea físico o material.

VII. BIBLIOGRAFIA:

Francisco L. Singer, Transformadores Industriales, Neotécnica,

Circuitos Magnéticos y Transformadores, Reverté

Circuitos Eléctricos Joseph A. Edminister.

VIII.-LINKOGRAFIA:

http://www.uco.es/investiga/grupos/giie/cirweb/practicas/electrotecnia/etprat-

5.pdf.

http://www.frm.utn.edu.ar/medidase1/teoria/Unidad%208_ver1.pdf

www.wikipedia.com (ingeniería electrónica)