CURSO TALLER ACTIVIDAD 4 MULTÍMETRO BANCO DE LÁMPARAS MEDICIÓN DE VOLTAJES Y CORRIENTES DE CORRIENTE ALTERNA

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1 CURSO TALLER ACTIVIDAD 4 MULTÍMETRO BANCO DE LÁMPARAS MEDICIÓN DE VOLTAJES Y CORRIENTES DE CORRIENTE ALTERNA FUENTE DE VOLTAJE DE CORRIENTE ALTERNA En nuestro medio la principal fuente de voltaje de corriente alterna, es el toma convencional que proporcional 110 voltios RMS de corriente alterna a una frecuencia de 60 Hz. Un toma de voltaje de corriente alterna normalmente permite la conexión a la FASE y el NEUTRO como se muestra en la figura 1. El pin de la ranura más grande se conecta al NEUTRO, y el pin de la ranura más pqueña se conecta a la FASE. Los tomas más actuales, permiten el trabajo con contactos ATERRIZADOS, como se muestra en la figura 1. Figura 1. Toma de 110 voltios de C.A conexión a fase, neutro y tierra. En los tomas con conexión a tierra, el orificio circular del toma se conecta a un alambre con una conexión a tierra. La conexión a tierra es por seguridad y se hace para canalizar cualquier descarga que desde un aparato pueda fluir hacia una persona desviándolo a tierra física, protegiendo y evitando los famosos choques eléctricos. Figura 2. Toma de 110 voltios de C.A identificación de fase, neutro y tierra. 1

2 RECONOCIMIENTO DE UN TOMA CONVENCIONAL DE C.A Para identificar la fase y el neutro en un toma de 110 voltios de corriente alterna, se usa un detector de tensión, llamado popularmente busca-polos o chequeador, como se muestra en la figura 3 Figura 3. Detector de tensión. Esta herramienta es en forma de destornillador, que también puede ser empleado como tal, si bien es mejor no hacerlo para no dañarlo, y destinar su uso exclusivamente para identificar los polos de un toma. La pala esta descubierta, en tanto que la varilla y el mango están aislados. La varilla entra en contacto en el interior del mango, con una resistencia de alto valor y con una lámpara testigo hasta llegar a una plaquita que sobresale en la parte opuesta del mismo mango. Tocando con la boca del busca-polos un conductor que se halle bajo tensión, la corriente eventualmente presente entra y pasa por la varilla y por la resistencia y la lámpara, hasta llegar al dedo que toca el contacto exterior y, por lo tanto, el cuerpo del operador cierra el circuito, ya que se apoya sobre el suelo. De esta manera se produce el encendido de la lámpara que denuncia la presencia de la tensión. El operador no sufre ningún daño (y no se da cuenta en absoluto del paso de la corriente por su cuerpo), pues la resistencia del busca-polos es tan elevada que no deja pasar más de un miliamperio de corriente, que pasa completamente desapercibida. Si la lámpara testigo del busca-polo no se enciende, ello quiere decir que el contacto que se ha establecido con el conductor corresponde a un neutro. Pero puede darse el caso de que no se encienda la lámpara por otras causas, por ejemplo: si está rota, si el busca-polo no establece buen contacto o si el conductor se halla desconectado. Es aconsejable, en primer lugar, intentar "tocar" con el busca-polos un conductor en el que con casi toda seguridad pasa la corriente, por ejemplo: en el enchufe de una lámpara encendida. Por otra parte han que tener en presente que si cae al suelo el busca-polos, es preciso comprobar inmediatamente que la lámpara no haya sufrido ningún daño. Si, por el contrario, fuese así, ello podría conducir a engaño en el caso de que no se encendiera la lámpara incluso poniendo al instrumento en contacto con un conductor de fase, con graves consecuencias. 2

3 BOARD O BANCO DE LÁMPARAS Para la implementación de circuitos alimentados con 110 voltios RMS de C.A. se utiliza un board o banco de lámparas como el que se muestra en la figura 4. Consiste en un tablero en el cual ya se tienen ciertas conexiones y continuidades, y se pueden conectar hasta 8 bombillos en serie, en paralelo o independientemente. El encendido de lo(s) bombillo(s) se hace a través de interruptores. Figura 4. Board o banco de lámparas Aunque el encendido de las lámparas se hace a través de interruptores, se recomienda que el control principal se haga utilizando una cuchilla de tres hilos, como la que se muestra en la figura 5. Figura 5a 5b. Cuchilla interruptor de 3 hilos La cuchilla suele tener un solo interruptor para conectar o desconectar los 3 hilos, como se muestra en la figura 5a, o como se muestra en la figura 5b. 3

4 MEDICIÓN DE RESISTENCIA EN UNA LÁMPARA INCANDESCENTE (BOMBILLO) Un bombillo es una lámpara incandescente y su filamento está construido de un material llamado tungsteno. El filamento se une al cuerpo del bombillo como se muestra en la figura 6. Nótese en esta figura que los dos extremos del filamento se unen a dos partes metálicas, conductoras eléctricamente y separadas por un material aislante, el cual aparece como la zona oscura. Figura 6. Filamento con conexión a las partes conductoras Para medir la resistencia en frío de un bombillo, simplemente se conecta el óhmetro en paralelo de modo que las puntas hagan contacto con las dos partes metálicas conductoras. La resistencia típica de un bombillo de 100 vatios de potencias es aproximadamente de 10 ohmios. Cuando por el bombillo se hace pasar corriente, el tungsteno se calienta y la resistencia aumenta. La resistencia en caliente de un bombillo no es la misma que la resistencia en frío. La resistencia en caliente se puede calcular, para un bombillo de 60 vatios, así: P 2 V R R V 2 P La resistencia en caliente de un bombillo se puede determinar midiendo el voltaje y la corriente a través del bombillo y con los valores obtenidos en las mediciones, se calcula la resistencia aplicando la ley de Ohm. En la figura 7 se muestra el símbolo usado en los circuito para representar un bombillo. Figura 7. Símbolo de bombillo 4

5 IMPLEMENTACIÓN DE CIRCUITOS EN EL BANCO DE LÁMPARAS La implementación de circuitos en el banco de lámparas se hace aprovechando las continuidades propias del tablero y realizando las conexiones adicionales necesarias utilizando conectores banana banana. En la figura 8 se muestra la implementación del circuito para conectar un solo bombillo a 110 voltios RMS de C.A. En la figura el elemento de control es un interruptor y el elemento de protección es el fusible de la cuchilla. Toda la operación del circuito se debe hacer en condiciones seguras. Figura 8. Circuito de un solo bombillo usando el banco de lámparas En circuitos puramente resistivos alimentados con C.A. como el circuito de la figura 9, en el cual se tienen 3 bombillos en serie, se sigue cumpliendo la ley de Kirchooff de voltajes: la suma de los voltajes de los bombillos es igual al voltaje de la fuente, en este caso igual a 120 voltios RMS C.A. Figura 9. Esquema de tres bombillos en serie 5

6 V V V B1 B2 B3 120 Bombillos conectados en serie tienen la misma corriente, como se muestra también en la figura 9. Si en la conexión de bombillos en serie, uno de los bombillos falla, ninguno de los bombillos enciende, porque se interrumpe el paso de la corriente. En la figura 10 se muestra como se implementa un circuito con dos bombillos en serie usando el banco de lámparas. Figura 10. Circuito de bombillos en serie usando el banco de lámparas En circuitos puramente resistivos alimentados con C.A. como el circuito de la figura 11, en el cual se tienen 3 bombillos en paralelo, se sigue cumpliendo la ley de Kirchooff de corrientes: la suma de las corrientes que entran al nodo es igual a la suma de las corrientes que salen del nodo. Figura 11. Esquema de tres bombillos en paralelo 6

7 I B1 I B2 I B3 I f Bombillos conectados en paralelo tienen el mismo voltaje como se muestra también en la figura 11. En la conexión de bombillos en paralelo, aunque uno de los bombillos falle, los demás bombillos encienden porque sólo se interrumpe el paso de corriente por el bombillo que falló. En la figura 12 se muestra como se implementa un circuito con dos bombillos en paralelo usando el banco de lámparas. Figura 12. Circuito de bombillos en paralelo usando el banco de lámparas MEDICIÓN DE VOLTAJES DE CORRIENTE ALTERNA. Se aplica el mismo procedimiento para medir voltajes de corriente alterna. La mayoría de las instalaciones eléctricas residenciales son de 110 (120) voltios RMS en C.A, pero hay casos en donde se tienen 220 voltios para alimentar tinas y estufas. Las escalas del multímetro comunes para medir voltajes de C.A. de un toma convencional, son dos: las escalas de 200 y 750 voltios C.A. Cualquiera de las dos se puede utilizar para esta medida. En la figura 13 se muestra cómo se deben insertar las puntas del voltímetro para la medición de voltaje en un toma convencional de 110 voltios de C.A. 7

8 Figura 13. Medición de voltaje en un toma de 110 voltios de C.A. El procedimiento para la medición de voltaje en un toma convencional de 110 voltios de C.A. es: 1. Inserta las puntas del multímetro en las borneras correspondientes: el cable NEGRO siempre se inserta en la entrada COM. El cable ROJO va en la entrada VΩmA. 2. Mueve el selector de modo y escala a la posición ACV en 200 voltios. Si se tiene duda del valor del voltaje a medir entonces se selecciona la mayor escala de 750 voltios. 3. Inserte las puntas en las ranuras del toma. En la pantalla aparecerá un voltaje aproximado a 120 voltios de C.A. El valor medido puede variar dependiendo de las condiciones de la instalación, de los valores de energía proporcionadas por la empresa suministradora de energía y por la mayor o menor carga que se conecte en determinado momento a la línea de 110 voltios de C.A. Si se intercambian las puntas (cables rojo y negro) para insertarlas en el toma corriente no hay problema. MEDICIÓN DE CORRIENTES DE CORRIENTE ALTERNA. Se aplica el mismo procedimiento que para medir corrientes de corriente directa y generalmente se tienen disponibles las mismas escalas que en corriente directa. Las escalas más comunes en C.D. y en A.C son: 20 micro-amperios, 2 mili-amperios, 200 mili-amperios, 10 amperios. Para medir corriente de C.A. Se selecciona, en el multímetro el modo corriente (amperios) en C.A. Como se está midiendo en corriente alterna, es indiferente la posición de las puntas de color negro y el rojo del amperímetro. Se selecciona la escala adecuada, si tiene selector de escala (si no se sabe que magnitud de corriente se va a medir, escoger la escala más grande). Si no tiene selector de escala seguramente el multímetro escoge la escala automáticamente. Se debe des-energizar el circuito para interrumpir el paso de corriente y conectar el amperímetro en serie con el elemento al cual se le desea medir la corriente. En el banco de lámparas la cuchilla es el elemento de protección que abre y cierra el circuito. 8

9 En la figura 14 se muestra como se conecta el amperímetro para medir la corriente que pasa a través del bombillo 3. Figura 14. Medición de la corriente que circula a través del bombillo 3. Qué cantidades mide un voltímetro ó un amperímetro en C.D y en C.A? Un voltímetro ó un amperímetro, sin importar si es en C.D o C.A NO miden ni el valor instantáneo, ni el valor pico ni el valor pico-pico El voltímetro o el amperímetro que usamos en las prácticas, sólo mide correctamente para señales sinusoidales: - en corriente directa, mide el valor promedio - en corriente alterna: mide el valor RMS (valor eficaz) Documento editado por: docente Ing. Iván Mora. Documento revisado por: docente Ing. Álvaro Ospina. 9