Instrumentos De Medida Tecsup

Conceptos Fundamentales sobre

Instrumentos de Medición

Objetivos • Conocer las principales características de los instrumentos de medición eléctrica. • Identificar instrumentos para realizar el mantenimiento preventivo y

predictivo. • Utilizar instrumentos eléctricos para realizar el mantenimiento a equipos electromecánicos.

2

Concepto de Medida La medición es un proceso básico de la ciencia que consiste en comparar un patrón seleccionado, con el objeto cuya magnitud se desea medir, para ver cuántas veces el patrón está contenido en esa magnitud. Puede ser con una herramienta directa: Patrón. Mediante un instrumento graduado: Analógica o Digital.

3

Clasificación de instrumentos Instrumentos primarios o absolutos Denominados patrones primarios, dan el valor de la cantidad medida en función de las constantes del instrumento y de su indicación, no siendo necesaria la comparación (calibración) con otros instrumentos. Instrumentos secundarios: Previamente a su utilización deben ser calibrados, utilizando métodos y patrones adecuados.

4

Las características principales que definen el comportamiento de los instrumentos son las siguientes:

    

Exactitud y precisión. Error. Corrección. Resolución. Sensibilidad.

5

EXACTITUD Y PRECISIÓN En general estas dos palabras son sinónimos, pero en el campo de las mediciones indican dos conceptos completamente diferentes. El valor de un parámetro es muy exacto cuando se aproxima mucho al verdadero valor. El valor de un parámetro es muy preciso cuando está muy bien definido. Ejemplo:  En el reloj de manecillas, solo están marcadas las posiciones de las doce horas, este reloj aunque funcione correctamente y por lo tanto indique en cada momento la hora exacta, NO TIENE PRECISIÓN , ya que resulta difícil leer los minutos e imposible determinar los segundos.  Supongamos ahora que tenemos un reloj digital muy preciso, como que en un momento dado indica las 15 horas, 15 minutos y 47 segundos.

6

Los instrumentos de medición se clasifican según dos puntos de vista. Cuando se trata de seleccionar los instrumentos según su precisión, nos guiamos por la clase de exactitud a la cual corresponde. Por otra parte, si seleccionamos el instrumento según el tipo de trabajo que éste va a cumplir, clasificamos los instrumentos en 3 grupos:

Instrumentos de laboratorio, se incluyen aquellos que debido a su alto grado de precisión están comprendidos entre los instrumentos cuyo error relativo se ubica entre 0 y 0,2%.

Instrumentos portátiles comprende aquellos instrumentos que por el hecho de ser portátiles, no pueden ser de gran precisión, hallándose su error relativo entre 0,5 y 2,5%. Instrumentos de tablero son de tipo operacional. Están destinados para montaje fijo en una posición determinada. Para cumplir con su finalidad no necesitan ser de altas clases de exactitud y por tanto, en su mayoría son de clases comprendidas entre 1,5 y 5%. 7

ERROR Todo instrumento de medición tiene cierto error o inexactitud, lo cual se debe en parte a su construcción, en parte al ajuste efectuado durante su contraste y, finalmente, debido al desgaste por uso que el instrumento pueda tener.

ERROR ABSOLUTO es la diferencia existente entre el valor acusado por el instrumento Ai y el valor real Ar de la magnitud medida

ERROR RELATIVO es la relación entre el error absoluto Δ y el valor máximo de la escala.

8

CORRECCIÓN Ejemplo. Un amperímetro en proceso de verificación acusa 4,5 A y el amperímetro patrón acusa 4,4 A; por tanto, el error absoluto Δ de la lectura es: Δ = 4,5 – 4,4 = + 0,1 Estos datos sirven para hacer las correcciones pertinentes cuando se efectúan mediciones mediante este instrumento. La corrección tiene el valor igual que el error, pero es de signo contrario. Ar = Ai - Δ o Ar = Ai + K Corrección K = - Δ En nuestro ejemplo el amperímetro acusaba 4,5 A; el valor real de la lectura es:

Ar = Ai + K = 4,5 + (-0,1) = 4,4 A 9

Teoría de Errores Los errores relativos calculados, se utilizan para agrupar los instrumentos de medición en las denominadas clases de exactitud:

En el cuadrante de todo instrumento estandarizado (fabricado según las normas internacionales) debe figurar la cifra que indica su máximo error relativo.

10

Teoría de Errores

11

12

LA RESOLUCIÓN La resolución de un instrumento es el menor incremento de la variable bajo medición que puede ser detectado con certidumbre por dicho instrumento.

Ejemplo .- Si tenemos un amperímetro con la escala mostrada en la siguiente figura, si el selector del instrumento se encuentra en 10 mA, cada una de las divisiones corresponde a 1 mA.

13

LA SENSIBILIDAD La sensibilidad de un instrumento es la relación entre la respuesta del instrumento (N° de divisiones recorridas) y la magnitud de la cantidad que estamos midiendo. Ejemplo. Para un amperímetro, la sensibilidad viene dada por el N° de divisiones que deflecta la aguja cuando por el instrumento circula 1 mA. Las unidades de este parámetro son div/mA.

Si dos amperímetros tienen el mismo número de divisiones en su escala, pero el primero sufre una deflexión de 2 divisiones cuando circula 1 mA, mientras que el segundo deflecta 10 divisiones para la misma corriente, este último es cinco veces más sensible que el primero. 14

Constante del Instrumento • El valor inverso de la sensibilidad.

Constante de Escala:

15

EJEMPLO

Un voltímetro tiene 6 alcances o escalas: 0–7,5 V; 0–15 V; 0-30 V; 0150 V; 0-300 V. Su escala tiene 150 divisiones. Las constantes de escala para cada uno de los alcances serán:

16

17

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Según su principio de funcionamiento, los instrumentos de medición se pueden clasificar en dos grupos:

Analógicos

Digitales 18

PUNTOS IMPORTANTES CUANDO SE REQUIERE UN INSTRUMENTO 1. SISTEMA MOTOR (Principio de funcionamiento).

2. SISTEMA DE CORRIENTE 3. CLASE DE EXACTITUD

4. POSICIÓN DE TRABAJO 5. TENSIÓN DE PRUEBA DE AISLAMIENTO

19

20

21

22

INSTRUMENTOS PARA EL MANTENIMIENTO SÍMBOLOS ESPECIALES

23

De fierro móvil

tensión alterna

Clase

Leer manual Relación de transformación

Posición de trabajo 24

CONDICIONES NORMALES 1. Temperatura de ambiente no superior a los 20 ºC. Cuando el instrumento está previsto para funcionar en ambientes de temperaturas diferentes de 20 ºC, estas temperaturas deben figurar sobre el cuadrante del instrumento. 2. La frecuencia (en instrumentos de c.a.), con la cual el instrumento está contrastado, debe figurar sobre el cuadrante. La falta de inscripción significa que la frecuencia de contraste es de 50 Hz (60 Hz). 3. La forma de la onda (en instrumentos de c.a.) es sinusoidal. 4. La posición del instrumento durante su uso debe ser tal como está señalado en el cuadrante. 5. El instrumento debe trabajar en ausencia de campos magnéticos externos; caso contrario, debe estar provisto de un blindaje magnético cuya existencia está señalada en el cuadrante. 25

INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN

PARA EL MANTENIMIENTO ELÉCTRICO

26

En las labores de mantenimiento y reparación eléctrica, juega un valioso papel el buen uso de los instrumentos de medición, trataremos este tema acercándonos a los instrumentos de uso más común, así como a sus características mas saltantes.

27

INSTRUMENTOS BÁSICOS:

EL OHMÍMETRO

EL VOLTÍMETRO EL AMPERÍMETRO EL VATÍMETRO

INSTRUMENTOS DIGITALES - DMM 28

Selección del multímetro digital

Seleccionar un multímetro digital para un trabajo no solo requiere observar las especificaciones básicas, sino también las características, funciones y valor general que representa el diseño del multímetro, además del esmero con que se ha fabricado.

29

SEGURIDAD ELÉCTRICA CON DMM

La Comisión electrotécnica internacional (IEC) ha establecido normativas de seguridad para trabajar en sistemas eléctricos.

Por ejemplo:

Si es necesario efectuar una medida de tensión en un panel eléctrico con 440 V, debe utilizarse un multímetro de la categoría CAT III 600 V ó 1000 V.

30

¿Como saber? Buscar el símbolo y número de lista de un laboratorio de pruebas independiente como UL, CSA, TUV u otra agencia de aprobación reconocida.

Ese símbolo solo puede utilizarse si el producto ha superado correctamente las pruebas conforme a las normas de la agencia, que a su vez se basan en las normas nacionales e internacionales.

31

INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN MULTIFUNCIÓN

Los instrumentos de medición multifunción para instalaciones eléctricas han resultado ser unas de las herramientas más importantes para el profesional eléctrico, debido a que en un solo instrumento se puede contar con la posibilidad de medir y verificar gran cantidad de parámetros y dispositivos eléctricos sin necesidad de utilizar ningún otro equipo adicional.

32

INSTRUMENTOS PARA EL MANTENIMIENTO ELÉCTRICO

Las imágenes térmicas de los sistemas eléctricos pueden indicar el estado de funcionamiento de un equipo. De hecho, desde el comienzo de la termografía, hace cuatro décadas aproximadamente, su principal aplicación ha sido la

inspección eléctricos.

de

sistemas

33

APLICACIÓN DE LA CAMARA TERMOGRÁFICA Detección de conexiones eléctricas sueltas o con corrosión Detección de desequilibrios y sobrecargas eléctricas Inspección de rodamientos Inspección de motores eléctricos Proceso: inspección de sistemas de vapor 34

Instrumento para la Medición del Aislamiento Eléctrico

Medida del Aislamiento Eléctrico Los propósitos de las pruebas de diagnóstico son: • Identificar el incremento de envejecimiento.

• Identificar la causa de este envejecimiento • Identificar, si es posible, las acciones más

adecuadas para corregir esta situación

AISLAMIENTO ELECTRICO El aislamiento eléctrico se degrada con el tiempo debido a las distintas fatigas que se le imponen durante su vida normal de trabajo.

El aislamiento está diseñado para resistir esas fatigas por un periodo de años que se considera como la vida de trabajo de ese aislamiento.

¿Qué ocasiona que el aislamiento se degrade? • • • • •

Fatiga eléctrica Fatiga mecánica Ataque químico Fatiga térmica Contaminación ambiental

¿Qué ocasiona que el aislamiento se degrade? Fatiga eléctrica

Relacionada principalmente con fenómenos de sobretensión y caídas de tensión.

Fatiga mecánica Los ciclos de puesta en marcha y paro, sobre todo si son frecuentes, los defectos de equilibrado de máquinas rotativas y todos los golpes directos contra los cables y, de forma más general, contra las instalaciones.

Ataque químico. La proximidad de productos químicos, de aceites, de vapores corrosivos y de modo general, el polvo, afectan el rendimiento del aislamiento de los materiales.

Fatiga térmica. El funcionamiento a temperaturas extremas es también un factor de envejecimiento de los materiales.

Contaminación ambiental. La aparición de moho y la acumulación de partículas en entornos húmedos y calurosos provocan también la degradación de las características de aislamiento de las instalaciones.

40

La ANSI/IEEE 43-2000 recomienda un procedimiento para la medición de la resistencia de aislamiento de los bobinados de la armadura y del campo en máquinas rotatorias de potencias de 1hp, 750 W o mayor, y se aplica a:

 Máquinas síncronas.  Máquinas de inducción.  Máquinas de CC (corriente contínua).

La norma indica la tensión de c.c. que se debe aplicar a la prueba de aislamiento y los valores mínimos aceptables de la resistencia de aislamiento para los bobinados de las máquinas rotatorias para CA y CC

PROCEDIMIENTO DE MEDICIÓN DE AISLAMIENTO La norma IEEE 43-2000 propone tensiones de ensayo superiores dado que a mayores tensiones es más probable encontrar defectos en la aislación.

NORMA

42

INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA: La temperatura hace variar el valor de la resistencia de aislamiento .

Dentro de un programa de mantenimiento preventivo, es conveniente realizar medidas en condiciones de temperatura similares o, en el caso de que no resultará posible, corregirlas para acercarlas a unas condiciones de temperatura de referencia. Como ejemplo,

un incremento de 10 °C se traduce por una disminución a la mitad de la resistencia de aislamiento y a la inversa, una disminución de 10 °C de la temperatura duplica el valor de la resistencia de aislamiento. 43

POR EJEMPLO A un motor AC se realizó la prueba de aislamiento a temperatura ambiente (20°C), teniendo el siguiente dato:  A 20°C se tiene una resistencia de aislamiento de 100 GΩ.

¿Sera este valor correcto?

44

La correcta medición puede se calculada por la siguiente ecuación:

De donde:  Rc = Resistencia de aislamiento en Megaohms corregida a la temperatura base.



Rt = Resistencia de aislamiento a la temperatura que se efectuó la prueba.

45

En el ejemplo anterior se obtuvo:

Una resistencia de 100 GΩ a 20 ° C

Rc = 0.25 (100) 0.25

Rc = 25 GΩ A 40° C. se hace: 25 GΩ 46

47

Las máquinas eléctricas incluyen materiales aislantes que buscan:  Aislar las bobinas entre si.  Aislar las bobinas de diferentes fases.  Aislar las bobinas de la carcasa de la máquina (Se conoce como aislamiento a tierra o masa).  Aislar las láminas del núcleo magnético.  Ayudar en la transferencia de calor al exterior.  Proveer soporte mecánico al bobinado.

48

La siguiente tabla muestra las cuatro principales clases de aislamiento, y que son coincidentes en las normas NEMA e IEC. Además, describe los materiales aislantes usados, el barniz, así como aplicaciones más comunes en máquinas eléctrica rotativas (Motores y Generadores).

49

PARA MOTORES WEG

50

La clase de aislamiento debe indicarse en la placa del motor o generador, según lo muestra la figura siguiente, tanto para equipos construídos según normas NEMA e IEC.

51

MÉTODOS DE MEDIDA E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS

A. MEDIDA PUNTUAL O A CORTO PLAZO B. MÉTODOS DE MEDICIÓN BASADOS EN LA INFLUENCIA DEL TIEMPO DE APLICACIÓN DE LA TENSIÓN DE ENSAYO  ÍNDICE DE POLARIZACIÓN (PI)  INDICE DE LA ABSORCIÓN DIELÉCTRICA (DAR) C. MÉTODO BASADO EN LA INFLUENCIA DE LA VARIACIÓN DE TENSIÓN DE ENSAYO

D. MÉTODO DE PRUEBA DE DESCARGA DIELÉCTRICA (DD)

52

MÉTODOS DE MEDICIÓN BASADOS EN LA INFLUENCIA DEL TIEMPO DE APLICACIÓN DE LA TENSIÓN DE ENSAYO

ÍNDICE DE POLARIZACIÓN (PI) Se efectúan dos lecturas al minuto y a los 10 minutos respectivamente.

La división de estos dos valores de resistencia de aislamiento (10 minutos sobre la de un 1 minuto) se llama Índice de Polarización (PI) y permite definir la calidad del aislamiento.

53

La recomendación IEEE 43-2000

"Recommended Practice for Testing Insulation Resistance of Rotating Machinery" define el valor mínimo del índice de polarización PI para máquinas rotativas AC y DC de clase de temperatura B, F y H en 2,0.

Un índice PI superior a 4 es señal de un aislamiento excelente mientras que un índice inferior a 2 indica un problema potencial.

54

En caso de máquinas muy antiguas (más de 20 años), un elevado valor del índice de polarización, por ejemplo del orden de 5 o superior, puede ser síntoma de un aislamiento reseco y quebradizo. 55

56

57

RELACIÓN DE ABSORCIÓN DIELÉCTRICA (DAR) Para instalaciones o equipos que contengan aislantes en los cuales la corriente de absorción disminuye rápidamente, la lectura de las resistencias de aislamiento a los 30 y a los 60 segundos puede ser suficiente para calificar el aislamiento. La DAR se define de la siguiente forma:

58

59

60

61

Existen algunos tipos de problemas muy comunes en motores eléctricos que no pueden diagnosticarse COMPLETAMENTE mediante el análisis tradicional de la vibración entre los que se encuentran:

   

Problemas en barras y anillos de cierre del rotor. Porosidades en la fundición de rotores fundidos. Irregularidades en el entrehierro estáticas y dinámicas. Desequilibrio en el campo magnético.

62

También se detectan defectos en el entrehierro que dan lugar a elevados niveles de excentricidad dinámica o estática.

63

Zonas de fallo del motor      

• Rotor • Estator • Entrehierro • Circuito de Potencia • Calidad de la alimentación • Aislamiento

Tipos de ensayo  • Estáticos – Motor parado  • Dinámico – Motor en marcha

64

FALLA FASE-FASE

65

FALLA A TIERRA

66

67