Fundamentos y Técnicas de Medición en Sistemas Eléctricos e Instrumentación

Ventajas de los Instrumentos Digitales

• Lectura fácil y rápida: Permiten una interpretación directa de los valores.
• Mayor exactitud: Ofrecen una precisión superior en comparación con los analógicos.
• Sin calibración constante: No requieren ajustes frecuentes de cero manual.
• Eliminación del error de paralaje: Al mostrar un número definido, se evita la distorsión por el ángulo de visión.
• Tiempo de respuesta: Generalmente menor a 5 segundos.

Conceptos Fundamentales de Medición

Resolución

Se define como el cambio más mínimo que el instrumento puede detectar, representado por el dígito menos significativo de la pantalla.

Exactitud

Se calcula mediante la fórmula: % de la lectura + % del rango (o número de dígitos de la década menos significativa).

Medición de Tensión (Voltímetros)

Voltímetro de Corriente Continua (Vcc)

Para su funcionamiento, se le adiciona una resistencia en serie, también conocida como resistencia multiplicadora.

Voltímetro de Rango Múltiple

Utiliza varias resistencias multiplicadoras conectadas en paralelo con un interruptor de rango para seleccionar la escala deseada.

Voltímetro de Rango Múltiple en Cadena

En este diseño, las resistencias multiplicadoras se conectan en serie y un interruptor selecciona cuántas resistencias se adicionarán al circuito.

Precauciones en el uso de Voltímetros

• Observar siempre la polaridad correcta.
• Usar siempre la escala mayor al iniciar la medición para proteger el equipo.
• Estar atento al efecto de carga que el instrumento puede ejercer sobre el circuito.

Medición de Corriente (Amperímetros)

Amperímetro de Corriente Continua (Acc)

Basado en el galvanómetro de imán permanente y bobina móvil. Para realizar mediciones de grandes intensidades, es necesario adicionar una resistencia en paralelo llamada Shunt.

Amperímetro de Rango Múltiple

La escala se extiende mediante el uso de resistencias en paralelo. Otra forma común es emplear la configuración universal o de Ayrton; en esta configuración se elimina la posibilidad de dejar un circuito sin resistencia Shunt, lo que otorga una mayor seguridad al operador y al equipo.

Precauciones en el uso de Amperímetros

• Siempre conecte una carga en serie con el amperímetro a fin de limitar la intensidad de corriente (I).
• Usar siempre la escala mayor disponible.
• Observe rigurosamente la polaridad correcta.

Pinza Amperimétrica (Amperímetro de Tenaza)

Este instrumento se basa en aprovechar el campo magnético que genera un conductor al ser recorrido por una corriente alterna (AC) para convertirlo en un valor de intensidad. Está formado por un núcleo de hierro sobre el cual se enrolla una bobina.

El núcleo lo componen dos piezas en forma de gancho recubiertas por un material aislante que se mantienen unidas por un resorte; una de las piezas es móvil y se separa por acción de una palanca. La bobina enrollada en el núcleo va conectada en paralelo a un voltímetro de bobina móvil e imán permanente, el cual indicará mediante una aguja (o pantalla digital) indirectamente el valor de la corriente. El medidor puede calibrarse empleando resistencias multiplicadoras.

Resistencia de Aislamiento y el Megger

Resistencia de Aislamiento

La máxima corriente de fuga permitida en un conductor no puede superar una millonésima de amperio (1 microamperio).

Megger (Megóhmetro)

Es un probador de aislamiento con lectura directa en Megaohms (MΩ). Es esencialmente un medidor de resistencia de alto rango que consta de dos partes principales: una fuente de voltaje (V) y un mecanismo de medición (analógico o digital).

Métodos de Prueba de Resistencia de Aislamiento

1. Método de lectura puntual: Se conecta el instrumento durante un periodo de 30 a 60 segundos para obtener una medida rápida.
2. Método tiempo-resistencia: Consiste en tomar mediciones cada 30 segundos en un intervalo de 3 a 5 minutos con el objetivo de graficar la curva resultante y analizar el comportamiento del aislante.
3. Método de relación de absorción dieléctrica: Consiste en tomar dos medidas comparativas, por ejemplo: una de 60 segundos frente a una de 30 segundos, o una de 10 minutos frente a una de 1 minuto.
4. Medición de aislación de una instalación: Se realizará aplicando una tensión no inferior a 500V. Para instalaciones con tensiones de hasta 220V, el valor mínimo de resistencia será de 300.000 ohms, y para tensiones de 380V, la resistencia mínima será de 380.000 ohms (referencia 4-2 a 4-8).

Vatímetro (Wattmetro)

Este instrumento está formado por un par de bobinas fijas y una bobina móvil, las cuales se conectan en forma separada al circuito:

• Bobina fija: Diseñada para medir la corriente; posee alambre grueso y pocas vueltas.
• Bobina móvil: Actúa como voltímetro; posee alambre delgado y muchas vueltas.

La fórmula de potencia trifásica asociada es: P = 3 * V * I * cos(φ).