Instrumentos de medición - Ministerio del Poder Popular para la

GUÍA PARA EL MANEJO DE
INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN
UTILIZADOS EN LAS AUDITORÍAS
ENERGÉTICAS
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular
para la Energía Eléctrica
2015
Mirla Crespo, Leadina Sánchez
Carmen Vásquez
DIRECTORIO
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA ENERGÍA ELÉCTRICA
Jesse Chacón Escamillo
Ministro del Poder Popular para la Energía Eléctrica y Presidente de Corpoelec
Franco Javier Silva Ávila
Viceministro de Servicio Eléctrico
Dalila Hernández Medina
Viceministra para Nuevas Fuentes y Uso Racional de la Energía Eléctrica
Henry José Fernández Salas
Viceministro de Finanzas, Inversiones y Alianzas Estratégicas
Freddy Claret Brito Maestre
Viceministro para el Desarrollo del Sector y la Industria Eléctrica
Tcnel. Víctor Mora Moreno
Director General (E) del Despacho
VICEMINISTERIO PARA NUEVAS FUENTES Y USO RACIONAL
DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA
Dalila Hernández Medina
Viceministra para Nuevas Fuentes y Uso Racional de la Energía Eléctrica
Tania Masea
Directora General de Uso Racional y Eficiente de la Energía Eléctrica
Onex Arocha
Coordinador de Gestión Eficiente de la Energía en el Usuario Final
Equipo de Trabajo
Carlos Cruz
Emilio Padrón
Leopoldo Molina
Freddy Chávez
OFICINA DE COMUNICACIÓN Y RELACIONES INSTITUCIONALES
Nieves Betzaida Valdez Mederico
Directora General de la Oficina de Comunicación y Relaciones Institucionales
Nelly Lorenzo
Directora Adjunta
Nataly Castillo
Coordinadora de Comunicación e Información
Arnaldo Tavío Yabrudy
Coordinador Editorial
Correctores
Argenis Girón
Gertrudis Sarache
Zenaida Hernández
Fotógrafos
Felipe Bello
Eliécer Quijada
Diseño y Diagramación
Hans Padrón, Daniel Zapata,
Nicolas Gutiérrez, Juan José Ospedales
Ministerio del Poder Popular para la Energía Eléctrica
Área Postal: 1010
Municipio Libertador, Distrito Capital
República Bolivariana de Venezuela
www.mppee.gob.ve
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Twitter: @mppee
Depósito Legal:
lf75220143003440
INDICE
Resumen
7
Auditoría energética
9
Medidas de seguridad
11
Errores de la medición
14
Voltímetro
17
Pinza amperimétrica
21
Multímetro
25
Anemómetro
28
Termómetro
31
Higrómetro
37
Manómetro
40
Medidor de ultrasonido
44
Caudalímetro
48
Luxómetro
53
Registrador de parámetros eléctricos o analizador de redes
55
Termógrafo o cámara termográfica
61
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RESUMEN
Las auditorías energéticas son un importante proceso necesario para definir, entre otros aspectos,
el uso que se le da a la energía en una instalación. Este proceso debe ser sistémico y requiere de
instrumentos que permitan caracterizar los consumos o usos finales dados a la energía. Debido
a la importancia que el proceso reviste, es necesario que las personas que se dedican a realizar
las auditorías, tengan conocimiento sobre los instrumentos o equipos de medición. La presente
guía fue elaborada con ese propósito. En ella, el lector encontrará, en primer lugar, dos secciones
consideradas introductorias; una, dedicada a las acciones de seguridad que se deben cumplir para
salvaguardar la vida de las personas y de los equipos al realizar las mediciones, y otra, dedicada al
cálculo de errores. Posteriormente, se dedican secciones a los siguientes instrumentos: voltímetro,
pinza amperimétrica, multímetro, anemómetro, termómetro, higrómetro, manómetro, medidor
de ultrasonido, caudalímetro, luxómetro, analizador de redes y cámara termográfica. En cada una
de estas secciones, el lector encontrará las definiciones de las variables a medir, los modos de
instalación y uso, la interpretación de los resultados y ejemplos de aplicación.
Palabras clave: Auditoría energética, instrumentos de medición, seguridad en la medición,
errores de medición.
7
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AUDITORÍA ENERGÉTICA
En las normas EN 16247-1:2012 y UNE 216501:2009, se encuentran definiciones para una auditoría
energética. Según la norma española UNE 216501:2009, una auditoría energética se define como
un “proceso sistémico, independiente y documentado para la obtención de las evidencias y evaluación
objetiva en una organización o parte de ella con objeto de:
1. Obtener un conocimiento confiable del consumo energético y su coste asociado.
2. Identificar y caracterizar los factores que afectan al consumo de energía.
3. Detectar y evaluar las distintas oportunidades de ahorro, mejorar la eficiencia y diversificación de la
energía y su repercusión en el coste energético y de mantenimiento, así como de otros beneficios y
costes asociados”.
De manera similar y según la norma europea EN 16247-1:2012, una auditoría energética consiste en
una inspección sistemática y en el análisis del uso y consumo de la energía de un lugar, edificación,
sistema u organización, con el objetivo de identificar los flujos de energía y el potencial de mejora
de la eficiencia energética y reportar los resultados.
La metodología recomendada para realizar una Auditoria Energética, se muestra en la Figura 1 y
se describe, de manera general, en la Tabla 1.
Como se observa, la Auditoría Energética requiere, en su proceso, de instrumentos de medición
para caracterizar el uso que se le da a la energía y detectar las posibilidades de disminución del
consumo y la demanda. Este proceso debe ser realizado por las Unidades de Gestión Energética
(UGE). Adicionalmente, para los fiscalizadores es indispensable que tengan el conocimiento sobre
las formas de uso y calibración de los instrumentos utilizados en las mediciones. En este sentido,
la presente guía tiene como propósito dar a conocer las definiciones de las variables a medir,
los modos de instalación y uso, la interpretación de los resultados y ejemplos de aplicación de
los siguientes equipos: voltímetro, pinza amperimétrica, multímetro, anemómetro, termómetro,
higrómetro, manómetro, medidor de ultra sonido, caudalímetro, luxómetro y analizador de redes.
Toma
de datos
Evaluación de las
medidas propuestas de ahorro
Diagnóstico
Energético
Propuesta de
medidas
de Ahorro
Figura 1. Metodología de una Auditoría Energética
9
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Tabla 1. Pasos de una Auditoría Energética
FASE
DESCRIPCIÓN
Toma y registro de
datos
Se toman y registran los consumos de energía
y demanda del sistema eléctrico, a través de los
valores obtenidos en sus facturas y de la medición
directa con un analizador de redes instalado
en los tableros principales. Adicionalmente se
determina la contribución en el consumo de los
equipos instalados a través de un inventario y de
las mediciones de intensidad de corriente, tensión,
potencia, temperatura, humedad, iluminación ,
armónicos, velocidad del aire en las rejillas de
los ductos de aires acondicionados, entre otras.
Generalmente se incluye como etapa previa la
actualización del diagrama eléctrico de la instalación.
Diagnóstico Energético
Se determina la contribución porcentual por área
y equipo en los consumos de energía y demanda
del sistema, entre las que destacan climatización,
iluminación, sistemas motrices, dentro de la
instalación.
Propuesta de medidas
de uso racional y
eficiente de la energía
Se establecen las medidas que permitan a corto,
mediano y largo plazo lograr la disminución del
consumo de energía y la necesidad de demanda de la
instalación.
Evaluación de las
medidas propuestas
Se realiza una evaluación preliminar técnica,
económica y ambiental, de las alternativas
propuestas, que sirva de información para la toma de
decisiones de la organización.
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MEDIDAS DE SEGURIDAD
Para entender los procedimientos empleados para garantizar la seguridad eléctrica, en el
momento de realizar mediciones se requiere el conocimiento de la naturaleza de los peligros
de la electricidad. La mayoría de las personas están familiarizadas con el choque eléctrico. Esta
experiencia es frecuentemente dolorosa y deja recuerdos indelebles en la mente humana. Sin
embargo, el choque eléctrico es solamente uno de los peligros de la electricidad, existiendo
adicionalmente el arco eléctrico y la explosión. La Tabla 2, muestra una descripción general de
estos peligros.
La seguridad es en definitiva un problema de preocupación personal. En la mayoría de los
accidentes eléctricos, la víctima se considera el último eslabón de la cadena ya que el empleo
de procedimientos y equipos de seguridad apropiados lo hubieran evitado. El equipamiento y
los procedimientos pueden haber existido, pero en última instancia es la persona quien toma
la decisión de usarlos o no. Las personas deben estar conscientes que esta decisión final puede
significar la vida o la muerte.
Los pasos que se señalan a continuación, son todos individuales y deben ser seguidos por cada
persona que trabaje en o en las proximidades de las instalaciones y conductores eléctricos
energizados y comúnmente se le denomina Método de seguridad de los seis (6) pasos.
1. Piense (esté consciente de lo que está haciendo). Muchos accidentes pudieran ser evitados
si la víctima lesionada se hubiera concentrado en los aspectos de seguridad. Una manera fácil
de sufrir un accidente es pensar en problemas mientras se trabaja próximo a instalaciones o
conductores energizados. Siempre esté alerta a los peligros alrededor del área de trabajo.
2. Entienda los procedimientos de trabajo. Cada laboratorio, empresa o instalación eléctrica
tiene definidos sus procedimientos de seguridad. Cada persona debe estar completamente
familiarizada con todos los procedimientos de seguridad que afectan su labor. El conocer los
pasos requeridos y sus razones pueden salvar una vida.
3. Siga los procedimientos. En el pasado se ha permitido la violación de los procedimientos de
seguridad, tales acciones han probado ser costosas en términos de sufrimiento humano y
muertes. La violación de un procedimiento de seguridad sin una buena razón se convierte en
un delito condenable.
4. Utilice los equipos apropiados de seguridad. Independientemente de lo meticuloso que
puedan ser las personas, en algunas ocasiones los accidentes ocurren. Fallas en los equipos,
desperfectos mecánicos, descargas eléctricas y otras causas pueden provocar choques
eléctricos, arcos o explosiones. Cuando sea necesario trabajar próximos a instalaciones o
conductores energizados, lo cual incrementa la posibilidad de un contacto accidental, debe
utilizarse los equipos de seguridad apropiados.
5. Pregunte si usted no está seguro. La ignorancia lesiona a muchas personas cada año. Nadie
se lesiona por realizar una pregunta y, especialmente, si está relacionada con la seguridad.
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Cualquiera que no esté seguro acerca de una situación particular debe sentirse animado a
realizar preguntas, que deben ser respondidas inmediatamente y con la mayor amplitud
posible por un personal calificado.
6. No conteste si usted no sabe. Nadie debe responder una pregunta si no está completamente
seguro de la respuesta. Los que se autoproclaman expertos deben mantener sus opiniones para
ellos mismos.
Tabla 2. Peligros de la electricidad
PELIGRO
DEFINICIÓN
Choque eléctrico
El choque eléctrico es la estimulación física que
ocurre cuando una corriente eléctrica circula a
través del cuerpo. El efecto que tiene sobre el
cuerpo humano depende de la magnitud del flujo
de corriente, la parte del cuerpo a través de la cual
la corriente fluye y, en general, de las condiciones
físicas de las personas afectadas.
Arco eléctrico
El arco eléctrico ocurre cuando una cantidad
apreciable de corriente fluye a través de lo que
anteriormente había sido aire. Puesto que el aire no
es conductor, el flujo de corriente circula a través
de los vapores del material de los terminales del
arco y las partículas de aire ionizado. Esta mezcla
de materiales a través del cual la corriente del arco
fluye, se conoce como plasma.
Explosión
La explosión ocurre cuando existe cierta sobrecarga
en cualquier elemento del sistema eléctrico, trayendo
como consecuencia pérdidas sustanciales en los
equipos, tanto de medición como los sometidos a
pruebas y ensayos. Se debe evitar al máximo este
accidente, debido a que las consecuencias que
acarrea pueden ser severamente traumáticas para las
personas que manejan los equipos, ya que pueden
ocasionar golpes y quemaduras.
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La responsabilidad de las personas, la seguridad de la instalación, las prácticas seguras de trabajo
y el entrenamiento, se combinan para crear un ambiente de seguridad laboral, que en definitiva
debe ser el objetivo a lograr en cada instalación.
El responsable de la seguridad personal es uno mismo. No existen regulaciones, reglas o
procedimientos que puedan reemplazar la autodisciplina y el sentido común en su lugar de trabajo.
Como se mencionó anteriormente, y según la experiencia en la investigación de accidentes, el
trabajador lesionado es el último eslabón de la cadena, ya que si éste hubiera estado usando los
equipos de seguridad adecuados, o siguiendo los procedimientos apropiados, se habrían evitado
las lesiones.
Dentro de los equipos que garantizan la seguridad en el momento de realizar las mediciones en
una instalación energizada, y que garantizan la seguridad personal, se encuentran: el casco de
seguridad aislante, los lentes o gafas inactínicas, guantes y botas o calzado de seguridad.
Los cascos de seguridad aislante protegen de choques, golpes y caídas, de proyección de
objetos y, adicionalmente, de contactos que pueden ocasionar una electrocución. Su banda se
debe ajustar al contorno perímetro de la cabeza, para su empleo adecuado. Su uso es personal
y se estima una vida útil máxima de 10 años (Porras y Guerrero, 2006). Para su conservación y
mantenimiento, se recomienda:
• La comprobación visual del buen estado cada vez que se utilice.
• Limpieza con agua jabonosa periódicamente.
• La reposición de sus partes cuando sea necesario.
• Su reemplazo total siempre que haya habido un impacto violento.
• Almacénelo en lugares secos, ventilados y protegidos de focos caloríficos o químicos abrasivos,
entre otros.
Los lentes o gafas inactínicas protegen los ojos contra el deslumbramiento producido por un
cortocircuito. Para su modo de empleo, éstas se deben ajustar al adaptador del casco y abatir el
visor. Porras y Guerrero (2006), para su conservación y mantenimiento recomiendan:
• La comprobación visual del buen estado de las pantallas y adaptadores cada vez que se utilicen.
• Limpieza con agua jabonosa periódicamente y el secado con paño seco.
Los guantes aislantes de caucho protegen las manos de los contactos directos a tensión, según
la norma COVENIN 761 (1997), los clases 0, recomendados para sistemas de tensión nominal
inferior a 600 V, tienen una tensión de ruptura de 6.000 V y 35.000 V. Adicionalmente, existen los
guantes ignífugos y de protección mecánica. El ignífugo, que se utiliza debajo de los guantes
aislantes, protegen las manos de la posible fusión del guante de caucho al producirse un arco
eléctrico ya que son fabricados a base de fibras retardantes de la llama y de baja conductividad.
Los de protección mecánica se ubican por encima de los aislantes y protegen a este guante. Es
importante conocer las especificaciones de estos guantes, en cuanto a: tensión de utilización,
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fecha de fabricación, nombre del fabricante y certificación de las condiciones de uso. Porras y
Guerrero (2006), para su conservación y mantenimiento recomiendan:
• Una vez utilizados, guardarlos en sus bolsas, limpios y secos.
• No se pueden reparar.
• Los guantes aislantes deben ser verificados en condiciones de laboratorio cada seis (6) meses.
Las botas o calzado de seguridad tienen como propósito proteger contra tensiones de paso de
hasta 8 y 20 kV en las pruebas de aislamiento en corriente alterna y continua, respectivamente,
según lo establecido en las normas de prueba COVENIN 39 (1997). Estos se deben colocar
debidamente sujetos al pie de forma que no exista la holgura que facilite la penetración de
cuerpos extraños. Similar a los demás equipos de protección, Porras y Guerrero (2006) para su
conservación y mantenimiento recomiendan:
• Una vez utilizados, guardarlos limpios y secos.
• No se pueden reparar.
ERRORES DE LA MEDICIÓN
Cuando se realizan mediciones, se debe estar consciente de que el valor arrojado por el
instrumento con que se mide y el verdadero valor de la magnitud, pueden presentar diferencias.
Esto es lo que define al error de la medición.
Formas de expresar los errores
Error absoluto: es la diferencia entre el valor leído y el real. Se considerará valor real, el obtenido
mediante un instrumento de alta exactitud, denominado patrón. La ecuación (1) muestra esta
relación.
(1)
Error relativo: es expresado en porcentaje del valor de magnitud medida, de acuerdo a la ecuación (2).
(2)
El error relativo es una indicación del grado de precisión de la medición: a menor error relativo,
mayor precisión de la medida efectuada. El error de medición con el signo contrario se conoce
como la corrección de la medida. Para obtener el valor real de la magnitud medida, se suma la
corrección al valor obtenido por la medición, como establece la ecuación (3).
(3)
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Clase de precisión
La clase de precisión de un instrumento es un número (valor) que define el grado de precisión de
un instrumento. Se determina mediante la ecuación (4).
(4)
La aplicación es como a continuación se describe en la Tabla 3.
Tabla 3. Clase de los instrumentos de medición
CLASE
TIPO DE INSTRUMENTO
0,1 y 0,2
Instrumentos de gran precisión, utilizados para
investigación
0,5
Instrumentos de precisión para laboratorio
1
Instrumentos de medidas portátiles
1,5
Instrumentos portátiles de corriente alterna (CA)
2,5 y 5
Instrumentos Fijos
Características de los instrumentos
Resolución: Es la mínima división de la escala del instrumento, por ejemplo: I=0,01 A en cierto
amperímetro.
Sensibilidad: Esta característica es específica de instrumentos de tipo analógico. Es el número
de divisiones de la escala que recorre el indicador del instrumento cuando la magnitud a medir
varía en una unidad. En todos los aparatos existe una variación mínima de la magnitud que no es
apreciada por el instrumento y se denomina “umbral de sensibilidad”. Dicha variación es menor
que la resolución.
Fidelidad: Es la cualidad del instrumento de dar el mismo resultado siempre que se mide la misma
magnitud física en las mismas condiciones experimentales y distintas condiciones ambientales
del aparato (temperatura, tensión de alimentación, entre otras).
Precisión: Es la característica que nos indica globalmente el error debido al umbral de sensibilidad
y la falta de fidelidad del aparato. Se suele dar como un tanto por ciento del fondo de escala (FE).
Por ejemplo: un amperímetro de precisión 2% del FE.
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De estas características, la precisión es la que completamente nos indica el error de la medida
debido intrínsecamente al instrumento, es decir, que no puede rebajarse salvo que midamos con
un aparato más preciso.
Hay otros errores que afectan eventualmente a un instrumento, pero que pueden corregirse
mediante calibrado, es decir, ajustándolos para que den medidas exactas o corrigiendo sus escalas
tras una confrontación con un patrón o un aparato más preciso.
Debido a esta circunstancia, es necesario definir otra cualidad.
Exactitud: Es la capacidad de un instrumento de medir un valor cercano al valor real de la magnitud.
Es una cualidad que indica el grado de calibración de un instrumento. Sólo un instrumento exacto
permite medidas exactas.
Clases de errores
Errores sistemáticos
Se denomina errores sistemáticos a los que se repiten en forma consistente con la medida.
Generalmente son originados por las características particulares del instrumento o por el
observador. Como errores sistemáticos pueden listarse:
• Metodológicos
• Ambientales
• Personales
• Instrumentales
Errores accidentales
Son los cometidos aleatoriamente en cada medición y son debidos a causas imponderables. Al
producirse aleatoriamente, las medidas se distribuyen alrededor del valor real, por lo que un
tratamiento estadístico permite estimar su valor.
La evaluación del valor correspondiente a los errores accidentales se logra mediante el tratamiento
estadístico de medidas repetitivas de la magnitud que desea determinarse. Para ello es conveniente
repetir la medida varias veces. Como resultado de la medida se toma el valor medio de las mismas.
Para determinar el número óptimo de repeticiones, se realizan tres (3) medidas iniciales, a partir
de las cuales se calcula la dispersión de la medida (D). Siendo la dispersión de una medida la
diferencia entre el valor máximo y el mínimo obtenidos, dividido entre el valor medio, expresado
en tanto por ciento, obtenido según la ecuación (5).
(5)
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Si el valor de la dispersión es mayor del 2%, es necesario realizar mayor cantidad de medidas. En la
Tabla 4, se indican cantidades recomendadas de medidas.
Si se ha repetido la medida N veces, la desviación típica se calcula según la ecuación (6).
Tabla 4. Cantidad de mediciones a realizar
DISPERSIÓN (%)
CANTIDAD DE MEDICIONES
2<D<8
Realizar un total de seis (6) medidas
8 < D < 12
Realizar un total de quince medidas
D > 12
Mínimo 50 medidas
Fuente: www.upv.es/jogomez/labvir/material/errores
VOLTÍMETRO
La tensión es la diferencia de potencial entre dos (2) puntos de un circuito eléctrico. Puede
entenderse como la presión que ejerce una fuente de suministro de energía eléctrica o fuerza
electromotriz (fem) sobre las cargas eléctricas o electrones en un circuito eléctrico cerrado, para
que se establezca el flujo de una corriente eléctrica y, en consecuencia, el aprovechamiento de la
energía eléctrica. En el Sistema Internacional (SI) la unidad de la tensión es el voltio, simbolizado
con la letra V.
Niveles de Tensión Normalizados en Venezuela
La tensión nominal se define como la tensión característica de funcionamiento de un equipo
eléctrico (FONDONORMA 159-2005). En Venezuela, el servicio eléctrico se presta en corriente
alterna de 60 Hz y es distribuido en baja, media y alta tensión. En la Tabla 5, se indican los valores
normalizados para distribución de baja tensión.
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Tabla 5. Tensiones Normalizadas en baja tensión
Tensión
Nominal
Sistema
Campo de aplicación
recomendado
Fases
No. de hilos
V
Monofásico
2
120
Residencial
3
120/240
Residencial, pequeño
comercio y alumbrado
público
3
240/480
Alumbrado público y
campos deportivos
4
208Y/120
Residencial, comercial,
edificaciones públicas
y pequeñas industrias
3
240 Δ
Uso restringido
4
480Y/277
Comercial, edificios
públicos e industrial
4
480 Δ
Industrial
3
600Δ
Industrial
Trifásico
Fuente: FONDONORMA 159 (2005)
Limites de las variaciones de tensión
En la Tabla 6, se detallan los valores de tensión normalizados en los cuales es suministrado el
servicio eléctrico por las empresas distribuidoras. Se especifican además los valores de tensión
máxima y mínima permisibles tanto en condiciones normales de operación del sistema como en
condiciones de emergencia.
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Tabla 6. Límites permisibles de la tensión de servicio del sistema en el punto de medición
Tensión Nominal
(V)
Zona A
Tensión
Mínima (V)
Zona B
Tensión
Máxima (V)
Tensión
Mínima (V)
Tensión
Máxima (V
120
114
126
108
132
240Δ
228
252
216
264Δ
132/264
120/240
114/228
126/252
108/216
240/480
198Y/114
218Y/126
216/432
264/128
208Y/277
198Y/144
218Y/126
187Y/108
229Y/132
480Y/277
456Y/263
504Y/291
432Y/249
528Y/305
480Δ
456
504
432
528
600Δ
570
630
540
660
Zona A: Tensiones comprendidas entre los límites establecidos para el punto de
medición de energía suministrada por las empresas de suministro de energía
eléctrica en condiciones normales de operación.
Zona B: Tensiones por encima y por debajo de los límites de la zona A, que
resulta de las maniobras o emergencias en los sistemas de suministro de energía
eléctrica.
Fuente: FONDONORMA 159 (2005)
El instrumento utilizado para medir los valores de tensión en los puntos de un circuito es el
voltímetro. De acuerdo a su principio de funcionamiento, estos instrumentos pueden ser de tipo
analógico o digitales. Los del tipo analógico son instrumentos electromecánicos constituidos por
un galvanómetro cuya escala ha sido graduada en la unidad de voltios. Los de tipo digital dan una
indicación numérica de la tensión, normalmente en una pantalla tipo cristal líquido. El sistema de
medida emplea técnicas de conversión analógico-digital para obtener el valor numérico mostrado
en la pantalla LCD. Estos instrumentos tienen disponibilidad para medir tensiones en corriente
alterna (AC) y en corriente continua (DC)
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GUÍA PARA EL MANEJO DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN UTILIZADOS EN LAS AUDITORÍAS ENERGÉTICAS
Los voltímetros comerciales más utilizados actualmente son de tipo digital, como el mostrado en
la Figura 2.
Cables para
la conexión
Pantalla
LCD
Bornes de
conexión
Figura 2. Voltímetro digital
Fuente: www.pce-iberica.es
Los voltímetros pueden ser fijos, siendo colocados de manera permanente en los tableros
asociados al control de los equipos eléctricos, o portátiles para la realización de mediciones
puntuales. Ambos casos se muestran en la Figura 3.
(a)
Figura 3. Voltímetros: (a) Fijo; (b) Portátil
20
(b)
GUÍA PARA EL MANEJO DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN UTILIZADOS EN LAS AUDITORÍAS ENERGÉTICAS
El voltímetro dispone de dos (2) bornes que se conectan a los puntos entre los cuales se desea
determinar la tensión. Para realizar mediciones de tensión, los conductores de medición del
voltímetro deben conectarse en los extremos o terminales del componente en el cual se requiere
medir tensión, es decir, se conecta en paralelo con el componente. En la Figura 4, se puede
observar un esquema circuital con la conexión de un voltímetro en paralelo al elemento del que
se desea conocer la tensión.
Figura 4. Conexión de voltímetro en un circuito
Para garantizar la uniformidad y la precisión de las medidas, los instrumentos de medición
eléctricos se calibran conforme a los patrones de medida aceptados para una determinada unidad
eléctrica, como el ohmio, el amperio, el voltio o el vatio. Se recomienda su calibración una vez al
año para garantizar la exactitud en las medidas.
PINZA AMPERIMÉTRICA
La corriente eléctrica consiste en el movimiento de los electrones en materiales conductores
(como el aluminio o el cobre, entre otros), como consecuencia de la aplicación de una diferencia
de potencial. El efecto de este movimiento se traduce en producción de calor, campo magnético
y eléctrico en los cables y equipos por los cuales es transportada. La unidad de medida, en el SI, es
el Amperio simbolizada con la letra A.
Capacidad máxima de corriente por calibre de conductor
En las instalaciones eléctricas, la energía es transportada por medio de los conductores. En las
instalaciones interiores por lo general se usan cables, los cuales constan en su parte interna del
elemento conductor propiamente dicho, que en la mayoría de los casos es de cobre o aluminio, y
en su parte externa del material aislante.
Los conductores eléctricos poseen una capacidad de transportar corriente, que depende entre
otros factores de la sección transversal, y en el caso de los cables, también está limitada por la
capacidad térmica del aislante.
21
GUÍA PARA EL MANEJO DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN UTILIZADOS EN LAS AUDITORÍAS ENERGÉTICAS
Los diferentes tipos de aislamiento de los conductores están dados por su comportamiento
térmico y mecánico, considerando también el ambiente y las condiciones de canalización a que se
verán sometidos los conductores que protegen, a la resistencia a los agentes químicos, a los rayos
solares, a la humedad, a altas temperaturas, llamas, etc. Entre los materiales usados como material
aislante de conductores podemos mencionar el cloruro de polivinilo (PVC), el polietileno (PE), el
caucho, la goma, el neoprén y el nylon.
Cuando un conductor no está aislado, el calentamiento por efecto Joule no afecta al conductor
hasta que no se alcanza el punto de fusión del material. Sin embargo, cuando el conductor está
aislado, este calentamiento puede involucrar el deterioro del aislamiento y acortar su vida útil.
Los fabricantes de conductores suelen proveer una serie de tablas contentivas de datos referentes
a la capacidad de corriente de sus conductores, indicando la capacidad de corriente del mismo, en
diferentes ambientes y condiciones.
Adicionalmente, el Código Eléctrico Nacional (CEN) presenta la capacidad de corriente de los
conductores en función de su calibre, tipo de aislante, etc. Además, presenta los factores de
corrección para temperaturas diferentes a 30 ºC.
Límites térmicos de los conductores
Los conductores aislados disponen de una capa de material aislante cuyo fin es proteger al
conductor energizado del contacto con otros conductores o estructuras. Las intensidades
máximas admisibles en servicio permanente, dependen en cada caso de la temperatura máxima
que el aislamiento pueda soportar sin alteraciones de sus propiedades eléctricas, mecánicas o
químicas. Esta temperatura es función del tipo de aislamiento y del régimen de carga. En la Tabla
7, se especifican las temperaturas máximas admisibles y en servicio permanente, para algunos
tipos de conductores aislados.
Tipo y codificación de los conductores
Los conductores eléctricos pueden ser clasificados de acuerdo a diferentes factores, como lo son: su
función, su tensión de servicio y la naturaleza de los componentes. De acuerdo a recomendaciones
normativas, se ha establecido una designación abreviada para los conductores utilizados en
instalaciones interiores, de forma que puedan identificarse fácilmente. Esta designación se realiza
por medio de siglas que indican: tipo constructivo del cable o hilo; número, sección, naturaleza y
forma de los conductores; tensión nominal; entre otras.
El tipo constructivo se designa por un grupo de letras que caracterizan los principales elementos
constitutivos del conductor, en el orden sucesivo tecnológico de su fabricación.
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GUÍA PARA EL MANEJO DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN UTILIZADOS EN LAS AUDITORÍAS ENERGÉTICAS
Tabla 7. Temperaturas máximas admisibles en servicio permanente para algunos tipos de conductores aislados
Fuente: CEN (2002)
60 ºC
75 ºC
90 ºC
TAMAÑO
AWG
SECCIÓN
mm2
Cu
14
2,08
15
12
3,31
20
15
20
15
30
25
10
4,26
30
25
30
25
40
30
Al
Cu
Al
15
Cu
Al
25
8
8,36
40
30
45
40
50
40
6
13,3
55
40
65
50
70
55
4
21,1
70
55
85
65
90
70
3
26,7
80
65
100
75
105
80
2
33,6
95
75
115
90
120
95
1
42,4
110
85
130
100
140
110
0
53,5
125
100
150
120
155
125
00
67,4
145
115
175
135
165
145
000
85,0
165
130
200
155
212
165
0000
107,2
195
155
230
180
235
185
250
127,0
215
170
255
205
270
215
300
152,0
240
190
285
230
300
240
350
177,3
260
210
310
250
325
260
400
202,7
280
225
335
270
360
290
500
253,4
320
260
380
310
405
330
600
304,0
335
285
420
340
455
370
700
354,7
385
310
460
375
490
395
750
380,0
400
320
475
385
500
405
800
380,0
400
320
475
385
500
405
900
456,0
435
355
520
425
555
455
1000
506,7
455
375
545
445
585
480
Medición de corriente
Para la medición de corriente, se utiliza normalmente un instrumento denominado amperímetro,
el cual debe insertarse en serie con los elementos del circuito como se muestra esquemáticamente
en la Figura 5.
23
GUÍA PARA EL MANEJO DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN UTILIZADOS EN LAS AUDITORÍAS ENERGÉTICAS
Figura 5. Conexión en serie de un amperímetro
Dado que en una instalación eléctrica no siempre
es posible interrumpir el funcionamiento de
los equipos para conectar un amperímetro, la
medida de la corriente se puede realizar con un
instrumento denominado pinza amperimétrica,
la cual utiliza el campo magnético que genera la
corriente que pasa por el cable del circuito para
obtener indirectamente esta medida. Mediante
una palanca o tecla, el aparato permite abrir y
cerrar una pinza. Esta pinza, mostrada en la Figura
6, constituye el núcleo magnético del bobinado
primario de un transformador de intensidad. En el
interior de la pinza se encuentra el secundario de
este transformador.
Figura 6. Pinza amperimétrica
Fuente: www.cedesa.com.mx
Modo de instalación y uso de las pinzas amperimétricas
Para utilizar una pinza, debe pasarse a través de la sonda uno (1) solo de los conductores del
circuito objeto de medición, como muestra la Figura 7. Si se pasa más de un conductor a través
del bucle de medida, lo que se obtendrá será la suma vectorial de las corrientes que fluyen por los
conductores y que depende de la relación de fase entre las corrientes.
Si la pinza se cierra alrededor de un cable paralelo de dos (2) conductores que alimenta un
equipo, en el que obviamente fluye la misma corriente por ambos conductores (de sentido o fase
contrarios), mostrará una lectura de "cero". La selección de la escala debe efectuarse estando la
pinza fuera del circuito.
24
GUÍA PARA EL MANEJO DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN UTILIZADOS EN LAS AUDITORÍAS ENERGÉTICAS
Figura 7. Uso de pinza amperimétrica
Fuente: www.pce-iberica.es
MULTÍMETRO
Un multímetro es el instrumento que combina funciones para efectuar mediciones de diferentes
magnitudes o variables eléctricas. Sus funciones básicas son, la medición de tensión, corriente y
resistencia. Sin embargo, existen diversidad de modelos que pueden incluir además funciones
para medición de otras magnitudes eléctricas como frecuencia, valores de capacitancia, entre
otras. La Tabla 8, muestra las unidades y definiciones de las variables eléctricas que comúnmente
pueden ser medidas por un multímetro. En la Figura 8, se muestra un multímetro digital.
Figura 8. Multímetro Digital
Fuente: www.aliexpress.com
25
GUÍA PARA EL MANEJO DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN UTILIZADOS EN LAS AUDITORÍAS ENERGÉTICAS
Los multímetros se clasifican, según su principio de funcionamiento, en analógicos y digitales.
En los analógicos, la indicación de la magnitud medida se realiza por una aguja en una escala
numerada, dotada de divisiones. Los digitales son instrumentos de medición de parámetros
eléctricos mediante procedimientos electrónicos y se caracterizan por ser de alta precisión y
amplio rango de medición de valores y tipos de parámetros. La forma de presentación de las
mediciones es mediante una pantalla o display.
Las magnitudes medidas por un multímetro digital incluyen tensiones alternas y continuas,
corrientes alternas y continuas, resistencias, conductancias, temperaturas, frecuencias, entre otras.
Tabla 8. Variables, unidades y definiciones de un multímetro
VARIABLE
UNIDAD DE MEDIDA
DEFINICIÓN
Tensión
Volt (V)
Es la diferencia
de potencial entre
dos puntos de un
circuito
Corriente
Amper (A)
Flujo de electrones
por un conductor
Frecuencia
Hertz (Hz)
Las señales de
corriente y tensión
alterna (AC) son
periódicas, es decir,
repiten un ciclo
cada determinado
intervalo de tiempo.
A la cantidad de
ciclos por segundo
que efectúa la señal,
se le denomina
frecuencia de la
señal; determinando
dicha señal la
frecuencia del
sistema eléctrico
Potencia
Watt (W)
Capacidad
instantánea de
absorber o entregar
energía
Especificaciones de los multímetros
La especificación de un instrumento de medición es una descripción detallada de las características
del instrumento. La información incluida en las especificaciones que son dadas por los fabricantes
de los instrumentos, incluye todos los parámetros que lo identifican y las condiciones de respuesta
del mismo ante diversas condiciones ambientales y de lectura. Entre éstas, se tienen los rangos,
26
GUÍA PARA EL MANEJO DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN UTILIZADOS EN LAS AUDITORÍAS ENERGÉTICAS
la exactitud, la precisión, la resolución, linealidad, los límites de temperatura y frecuencias de
funcionamiento, las características de entrada, los valores máximo y mínimo de lectura, entre otros.
Modos de instalación y uso de un multímetro
La instalación de estos instrumentos va a estar asociada al tipo de magnitud que desea medirse.
Para seleccionar el modo de funcionamiento del multímetro (voltímetro, amperímetro, ohmímetro)
debe colocarse el selector en la posición correspondiente.
Medición de Tensión
Para la medición de tensión, las puntas de los conductores de medición se conectan en los
extremos del componente o circuito a medir, similar a lo indicado para el voltímetro, es decir, el
instrumento se conecta en paralelo. Para mediciones de voltaje, se deben elegir instrumentos con
alta impedancia de entrada, a fin de minimizar el error de la medición.
Previo a la realización de la medición, se recomienda colocar el instrumento en la escala más alta
que posea y luego se cambia hacia la más cercana, en función del valor leído.
A fin de obtener una lectura más precisa, se recomienda ajustar la escala al valor más próximo
leído. El hecho de usar la escala más cercana posible, con un mayor número de dígitos en la
pantalla, hace que la resolución de la lectura sea mayor, porque el último dígito discrimina mejor
los valores pequeños de tensión a medir. También se tendrá que saber si la señal es alterna o
continua, para seleccionar la opción adecuada.
Se debe verificar si el multímetro mide el verdadero valor eficaz, o si es de valor promedio calibrado
para presentar en la pantalla el valor eficaz equivalente de una señal senoidal. Esto es importante
porque los multímetros de verdadero valor eficaz, pueden leer ese valor con exactitud para
cualquier señal senoidal o no senoidal (es decir, con presencia de armónicos) dentro del rango de
frecuencias especificadas, que en lo normal van de unos 10 Hz a 100/200 kHz.
Los multímetros de valor promedio calibrado para presentar el valor eficaz senoidal, sólo en
el caso de una señal senoidal pura, indicarán un valor correcto del valor eficaz. Para señales no
senoidales ó distorsionadas, el valor indicado será incorrecto.
Medición de corriente
Para medir corriente, se debe abrir el circuito a medir a fin de intercalar los extremos del instrumento
en serie con el circuito, similar al amperímetro. También se debe comenzar con la escala más alta.
Hay que tener presente que la mayoría de los multímetros tienen un límite máximo de 2 A de
medición. Los instrumentos usados para este caso deben presentar la menor impedancia de
entrada en la medición de corriente, a fin de no alterar el circuito (error de inserción).
Cuidados con el uso del multímetro
Con la finalidad de evitar daños tanto a los multímetros utilizados para realizar mediciones de
magnitudes eléctricas, como a los equipos de las instalaciones eléctricas, se debe seguir una serie
de precauciones entre la cuales se pueden mencionar:
27
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• Leer cuidadosamente la información suministrada por el fabricante, como especificaciones y
manual de uso, a fin de no someter el instrumento a condiciones fuera de rango que pudieran
causarle desperfectos o provocar lecturas con error mayor al especificado.
• Posicionar el selector de función del multímetro antes de realizar la conexión de los cables de
medición.
• Verificar que los cables de prueba no presenten daños mecánicos.
• Realizar la conexión de los cables de medición en los terminales de acuerdo a la función del
multímetro.
Error de medición, ajuste y calibración
En la medición de valores de tensión y corriente, debe considerarse el error de la medición definido
por la precisión. Asimismo, deben realizarse varias lecturas a efectos de calcular el valor promedio.
Las especificaciones del fabricante indicarán qué tan frecuentemente se deben calibrar sus
instrumentos. Sin embargo, el usuario puede determinar de acuerdo a las condiciones de uso,
intervalos de calibración más cortos.
ANEMÓMETRO
Se entiende por velocidad del viento a la rapidez con que éste se desplaza en una dirección. Esta
dirección se refiere a la dirección desde la cual el viento esta soplando. La velocidad se mide en
m/s o en km/día.
El monitoreo de la velocidad del viento en determinado lugar, se realiza durante un intervalo de
tiempo; luego se promedian estos valores con el objeto de considerar las variaciones de la rapidez
durante este período. La velocidad del viento se mide con anemómetros.
Los anemómetros se utilizan para medir la velocidad de corrientes de aire dirigidas que estén
libres de remolinos y turbulencias. Básicamente se utilizan en la salida de los sistemas de aire
acondicionado, ductos cerrados, aberturas de aspiración y entradas de aire fresco.
Tipos de anemómetros
Los tipos de anemómetros son de tipo cazoleta, propeleta, ultrasónico, laser dopler, tubo pitot,
bola caliente, paletas y de hilo caliente, siendo los más empleados en auditorías energéticas el de
paletas y el de hilo caliente, ya que son portátiles, livianos y de fácil utilización. Estos instrumentos
se describen a continuación:
28
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Anemómetro de paletas
El anemómetro de paletas o sus equivalentes, son adecuados para la determinación de la velocidad
del aire en puntos con secciones relativamente grandes donde la distribución del aire tienda a
ser uniforme (Rey y Velasco, 2006). Un ejemplo de estas áreas, son las provistas de un sistema de
calefacción o enfriamiento. El anemómetro está formado por un rotor que gira a velocidad angular
proporcional a la velocidad del fluido, y están provistos de un generador electromagnético que
da una señal eléctrica proporcional al paso del aire. De este modo, el instrumento indicador da
directamente una medida de la velocidad del aire, por lo tanto, es de de respuesta rápida. En
la Figura 9, se muestra un anemómetro de paletas. Dependiendo de la versión y del fabricante,
tienen un rango de medición entre 0,3-45 m/s.
Anemómetro de hilo caliente
El más común es un hilo de platino o tungsteno, de diámetro muy pequeño y fino (aproximadamente
de 4-10 µm y de 1mm de longitud) como se muestra en la Figura 9, y que se calienta algunos
grados por encima de la temperatura ambiente. Debido a que tiene características de medición no
direccional, se utiliza en áreas donde se desconoce la dirección del flujo del aire, tal es el caso de la
toma de datos en los difusores de aire del techo o cuando se pretende determinar la distribución
de aire en un local o ambiente (Rey y Velasco, 2006). Aprovecha el efecto de enfriamiento que
ejerce una corriente de aire al pasar por un hilo caliente que funciona a modo de resistencia. La
resistencia de este tipo de anemómetro generalmente es del tipo NTC (Negative Temperature
Coefficient). Dependiendo de la empresa fabricante del anemómetro, éste puede abarcar un
rango de medición entre 0,1-20 m/s. El anemómetro de bola caliente tiene el mismo principio
físico que el anemómetro de hilo caliente.
Figura 9: Anemómetros de paletas (izq) y de hilo caliente (der)
Fuente: pce-iberica.es
29
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Técnicas de medición
Debido a que la velocidad del aire que circula dentro de un área o ambiente es un parámetro
relacionado con el confort térmico de las personas, se deben tener ciertas consideraciones
técnicas a la hora de realizar la medición. Las recomendaciones para realizar las mediciones son
las siguientes (Testo, 2006):
• Antes de iniciar las mediciones, se debe comprobar la regulación de paso de aire y la diferencia
entre la temperatura del aire de entrada y la del aire del ambiente, ya que ejercen una gran
influencia sobre la distribución de aire y la velocidad del mismo.
• Las mediciones deben realizarse en áreas o ambientes totalmente equipadas, ya que el mobiliario
y los aparatos ejercen una notable influencia sobre la turbulencia del caudal de aire.
• Debe garantizarse además, que en las superficies que delimitan la sala (puertas y ventanas) no se
produce ningún intercambio inadvertido de aire que pudiera dar lugar a caudales de aire que no
pueden atribuirse a la instalación de climatización.
• Se recomienda medir la velocidad media del aire ambiente, así como el grado de turbulencia
(escalar) y la temperatura del aire, con las siguientes alturas: 1,3 m (altura de la cabeza sí se está
sentado) y 1,8 m (altura de la cabeza sí se está de pie).
• Se recomienda tomar los datos en varios puntos o zonas puntuales en aras de determinar un
promedio del aire circundante.
Calibración, ajuste, y error de medición
Los anemómetros de paletas presentan errores debido a las fluctuaciones laterales de aire y al
deterioro mecánico del rotor (alta fricción). Para ello se debe calibrar con una frecuencia alta. Una
forma de calibrar estos instrumentos es brindarles una fuente constante de fluido, por ejemplo
hacer circular aire en una especie de cámara o túnel para evaluar la respuesta del instrumento, la
cual debería ser prácticamente constante en función del tiempo.
En los anemómetros de hilo caliente, como la conductividad de los metales del hilo (Platino y
Tungsteno) depende de su temperatura, puede calibrarse el dispositivo para que en función de la
temperatura de equilibrio alcanzado, y por la variación de intensidad circulando por el hilo, pueda
medirse la velocidad de dicha corriente incidente.
Por otro lado, el anemómetro de hilo no debe tocar ninguna superficie conductora del calor, puesto
que la pérdida de calor resultante sería falsamente interpretada como caudal por el instrumento.
Cuidados en el uso de anemómetros
El anemómetro de hilo caliente no debe emplearse en ambientes que contengan o puedan
potencialmente producir gases o vapores inflamables.
Su principal desventaja radica en lo delicado que es el hilo, debido a su pequeño tamaño y la alta
sensibilidad al material particulado, que pueden contaminar el sensor y generar desviaciones en
su indicación.
30
GUÍA PARA EL MANEJO DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN UTILIZADOS EN LAS AUDITORÍAS ENERGÉTICAS
Interpretación de resultados
Para evitar errores en la interpretación de sus resultados, se recomienda tomar los datos en varios
puntos o zonas puntuales en aras de determinar un promedio del aire circundante.
TERMÓMETRO
Los seres humanos asociamos el término temperatura con una medida entre lo que
consideramos frío o caliente. Dentro de estos dos (2) últimos indicadores, cada persona puede ser
más específica en su sensación, expresando niveles de temperatura que oscilan entre: ardiente,
caliente, tibio, frío y congelante. Debe entenderse entonces, que los cambios de temperatura son
subjetivos cuando se basan en las sensaciones individuales, ya que esta <<sensación térmica>>
depende del calor producido por el cuerpo y del intercambio entre éste y el entorno. Cuando
una persona no experimenta sensaciones de frío ni de calor, se dice que ha alcanzado el confort
térmico y éste depende de variables externas como la humedad del aire, la velocidad del aire,
la actividad física, la vestimenta, los objetos que nos rodean, la temperatura de las paredes y del
aire (ERGA-Noticias, 2007).
Según Rey y Velasco (2006), las variables que afectan el confort térmico dependen de varios
parámetros como: ambiente (temperatura seca del aire, presión parcial del vapor de agua,
velocidad del aire en la zona ocupada, temperatura radiante media de cerramiento), cuerpo
humano (calor generado, temperatura de la piel, humedad de la piel, porcentaje de superficie
de piel mojada por el sudor), vestimenta (resistencia térmica, temperatura superficial, factor de
aumento de la superficie del cuerpo desnudo). Sin embargo, no se pueden establecer escalas
de temperaturas fundamentadas en sensaciones, por lo cual se han diseñado instrumentos que
permiten determinar de manera práctica este parámetro. Estos instrumentos son comúnmente
conocidos como termómetros, los cuales son calibrados de acuerdo a la escala que dan lugar a las
unidades de medición de temperatura.
Escalas de medición y Unidades
Las escalas de temperatura no son otra cosa que una base común diseñada para realizar
mediciones de dicho parámetro. Estas escalas se diseñaron en función de las temperaturas de
congelación y ebullición del agua. Se entiende como punto de ebullición del agua, a la temperatura
a la cual existe un equilibrio a una (1) atmósfera de presión de la mezcla formada por agua líquida y
agua en forma de vapor en ausencia de aire. A diferencia de ésta, el punto de congelación del agua
es la temperatura a la cual una mezcla de agua y hielo está en equilibrio con aire saturado con
vapor a una (1) atmósfera de presión (Çengel y Boles, 2006).
31
GUÍA PARA EL MANEJO DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN UTILIZADOS EN LAS AUDITORÍAS ENERGÉTICAS
Las escalas de temperaturas se pueden clasificar como relativas (se asignaron valores arbitrarios
de temperaturas cero) o absolutas (emplea como temperatura cero a la temperatura del cero
absoluto). En las escalas relativas se encuentran la escala Celsius y la escala Fahrenheit, mientras
que en las escalas absolutas la Kelvin y la Rankine.
Los instrumentos de medición de temperatura miden en la escala Celsius o Fahrenheit, por tanto,
sólo se incluyen estas escalas. Para conocer la relación entre las escalas relativas y absolutas, puede
consultar cualquier texto de termodinámica.
La escala Celsius, cuya unidad de medición son los grados Celsius (ºC), divide el rango de
temperatura asociado a la congelación y a la ebullición del agua en cien (100) partes iguales, por
lo cual se asignaron los valores de 0ºC y 100ºC para el punto de congelación y ebullición de dicha
sustancia, respectivamente. Esta escala se utiliza en el SI y fue establecida por el astrónomo sueco
Andrés Celsius (1702-1744).
La segunda, es la escala Fahrenheit, cuya unidad de medición son los grados Fahrenheit (ºF). Esta
escala divide el rango de temperatura asociado a la congelación y ebullición del agua en ciento
ochenta (180) partes iguales. El valor asignado para la temperatura para el punto de congelación
es 32ºF y el correspondiente para el punto de ebullición es 212ºF. Esta escala es la utilizada en el
sistema inglés y fue creada por el físico alemán Gabriel Fahrenheit (1686-1736). La expresión que
permite relacionar las dos escalas de temperaturas relativas es la ecuación (7).
T(ºF)=1.8T(ºC)+32
(7)
Instrumentos de Medición: Tipos de termómetros
Debido a que una gran gama de propiedades varían con la temperatura, se han desarrollado una
serie de termómetros que pueden medirlas. Los termómetros pueden ser de naturaleza mecánica
(de bulbo de mercurio o alcohol, bimetálicos, entre otros), eléctrica (termopar, termorresistentes,
termistores), de radiación térmica (infrarrojos, pirómetros de radiación). Dependiendo de las
necesidades inherentes de cada caso en donde se requiera medir la temperatura, se emplea un
determinado proceso. En auditorías energéticas, los termómetros utilizados son: el termómetro
termorresistivo y el termómetro infrarrojo.
Termómetros de resistencia
Son termómetros que están provistos de un sensor resistivo de temperatura, es decir, un conductor
cuya resistencia eléctrica aumenta con la temperatura. El sensor resistivo de temperatura es un
elemento metálico, generalmente Platino (Pt). Éste tiene una propiedad llamada coeficiente de
temperatura de resistencia, que expresa, a una temperatura específica, la variación de la resistencia
en ohmios del conductor por cada grado que cambia su temperatura (Creus, 2005). La relación
resistencia-temperatura correspondiente al platino es tan reproducible, que el sensor resistivo de
platino se utiliza como estándar internacional de temperatura. Este es el sensor más común y se
calibra a 0 ºC una resistencia de 100 Ω, por tanto, se le conoce comercialmente como Pt100. Lo
mismo ocurre con el sensor de Ni100 (Bastian y col, 2001). También existen sensores de Cobre (Cu)
32
GUÍA PARA EL MANEJO DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN UTILIZADOS EN LAS AUDITORÍAS ENERGÉTICAS
y de aleaciones de metales como Níquel-Hierro (Ni-Fe). Los sensores resistivos de temperatura
tienen un rango lineal de respuesta hasta los valores de temperaturas mostrados en la Tabla 9.
Usos y Aplicaciones
• Debido a que pueden medir temperaturas desde los -200ºC, estos dispositivos tienen aplicación
en mediciones criogénicas.
• También, se utilizan para medir la temperatura del ambiente, tanto en espacios abiertos como
cerrados, ya que son altamente inmunes a las interferencias eléctricas.
• Tienen un campo de aplicación en las industrias químicas, petroquímicas, farmacéuticas,
mecánicas, alimentos y bebidas.
Tabla 9. Rango lineal de respuesta de los sensores termorresistivos
SENSOR
TERMORESISTIVO
TEMPERATURA (ºC)
Platino (Pt)
-200 a +950
Níquel (Ni)
-60 a +180
Fuente: (Bastian y col, 2001).
Termistor
Un termistor es un resistor de temperatura no lineal elaborado con óxidos metálicos. Están
construidos específicamente para que presenten un alto coeficiente de temperatura, es decir, que
su resistencia varíe de forma notable con cambios de temperatura (Bastian y col, 2001). Pueden
tener coeficiente de temperatura negativo (NTC, por sus siglas en inglés), en el cual la resistencia
disminuye rápidamente su valor óhmico al aumentar la temperatura, o coeficiente de temperatura
positivo (PTC, por sus siglas en inglés), en el cual la resistencia incrementa rápidamente su
valor óhmico al aumentar la temperatura. La sensibilidad de las resistencias NTC es mucho más
elevada (puede disminuir su resistencia hasta 6% por cada 1ºC de aumento de temperatura) que las
de los termómetros y termopares convencionales, por tanto son ideales en la construcción de
termómetros de gran precisión (Alcalde, 2010). Los termistores NTC son más utilizados que los PTC.
Usos y Aplicaciones
• Miden temperaturas comprendidas entre -50 ºC a +180 ºC.
• Un circuito de alarma contra fuego es una aplicación común de un termistor NTC. En presencia
de fuego, el incremento de la temperatura baja la resistencia del termistor NTC y la resistencia
reducida aumenta la corriente y activa la alarma (Harper, 2004).
• Por otro lado, los PTC tienen su aplicación en la protección de motores eléctricos. Estos se ubican
dentro del estator de estos motores (uno por fase), como protección al sobrecalentamiento.
33
GUÍA PARA EL MANEJO DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN UTILIZADOS EN LAS AUDITORÍAS ENERGÉTICAS
• Los PTC se pueden usar para detectar elevación de temperatura en piezas mecánicas, como
engranajes, frenos, sistemas de refrigeración, en componentes eléctricos y electrónicos, entre
otros.
Pirómetros: Termómetros infrarrojos (sin contacto)
Los termómetros sin contacto tienen la ventaja de medir la temperatura sin tocar el objeto
en sí. Se fundamentan en que cada cuerpo emite radiación a longitudes de onda ubicadas en
la región infrarroja del espectro de radiación electromagnética. El rango de medición para
estos termómetros está entre -50ºC a 3.000ºC, por tanto, generalmente se utilizan para medir
temperaturas elevadas (>1000ºC), así como de objetos en movimiento, de objetos que no pueden
medirse directamente o de objetos que estén a distancia. Son rápidos y dan de forma instantánea
el valor de temperatura en la pantalla digital, calibrando el rango de medición de acuerdo a las
necesidades del usuario, debido al amplio rango de medición.
Usos y aplicaciones
• Se utiliza para la detección de puntos calientes en tableros eléctricos, medición de la temperatura
de los devanados en los motores eléctricos y la temperatura del aceite en el tanque de los
transformadores.
• También, en estudios ambientales, meteorológicos, agrícolas, en la manufactura de caucho,
papel, plástico, textil, pintura, entre otras (temperaturas bajas entre -50ºC a 1000ºC), manufactura
de bombillos y recipientes de vidrio en general (temperaturas entre 0ºC a 2500ºC).
Termómetros de Bulbo
Consiste en un bulbo que está conectado a un capilar. Cuando la temperatura en el bulbo cambia,
el gas o el líquido contenido dentro del bulbo se expanden y ascienden dentro del tubo capilar
(Creus, 2005). Según el rango de temperatura a medir, se deben emplear termómetros que
contengan fluidos orgánicos de distinta naturaleza, como el mercurio (-35 ºC a 280ºC), alcohol
(-110ºC a 50ºC), pentano (-200 ºC a 20ºC) o tolueno (-70ºC a 100ºC).
Usos y aplicaciones
El termómetro de mercurio ha quedado rezagado por el termómetro de alcohol (y de otros fluidos
orgánicos) principalmente por consideraciones ambientales, ya que el mercurio es un metal cuyo
vapor es tóxico para todo el ecosistema. Este termómetro dejó de producirse en el año 2007 y
prácticamente esta en desuso, quedando sólo en circulación los que aún existen en laboratorios
de centros educativos y clínicos. Por otro lado, la versatilidad y precisión de los termómetros de
resistencia, termistores y pirómetros también han contribuido a que el termómetro de mercurio
hoy día ya no sea el instrumento más empleado.
Medición de la temperatura ambiental
Inicialmente debe hacerse una exploración de la sección o el volumen al cual se le medirá la
temperatura. Para la medición exacta de la temperatura en una corriente de aire o en el interior
de una sección acondicionada, se recomienda subdividir la sección de la corriente o el volumen
34
GUÍA PARA EL MANEJO DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN UTILIZADOS EN LAS AUDITORÍAS ENERGÉTICAS
del ambiente en pequeñas porciones, en las que puede suponerse que la medición puntual de
temperatura es exacta. Luego, las temperaturas medidas deben promediarse, que en el caso de
una corriente de aire se hacen sobre la base de flujo másico de aire circundante, es decir, en m3
de aire por segundo que pasan por el conducto (Rey y Velasco, 2006). Para esto, se recomienda:
• Usar secciones de igual superficie y multiplicar cada temperatura por la fracción de caudal (m3/s)
que pasan a través de cada una.
• Emplear secciones de tamaño inversamente proporcional al caudal, y tomar la media aritmética
de las temperaturas obtenidas en cada sección.
Debe tenerse en cuenta que para la medición de la temperatura en una corriente o flujo de aire,
es preciso comprobar el efecto que sobre la temperatura tendrá la energía cinética del aire al
impactar contra el instrumento de medición. Esto se traduce en una elevación de la temperatura
medida. Esta elevación corresponde a la temperatura equivalente de la corriente (Rey y Velasco,
2006). Este efecto es importante a partir de una velocidad (v) del aire del orden de los 10 m/s y se
calcula por la ecuación (8)
Error de medición. Corrección. Ajuste.
Errores asociados a la radiación. El sensor de los termómetros se ve afectado por el intercambio
de calor entre el sensor y la superficie circundante, por lo cual se debe evitar medir la temperatura
del aire cerca de superficies en las cuales las temperaturas difieran considerablemente de la
temperatura del aire (ejemplo, calentador de agua). Si no puede evitarse, se debe aislar el sensor
de la fuente de radiación con papel aluminio.
Errores asociados a la estratificación. La medición de las temperaturas en los ductos de aire
debe ser representativa del flujo total de aire, por lo cual deben tomarse varias medidas y a partir
de éstas, se determina un promedio de la temperatura.
Errores asociados al tipo de sensor. El tipo de sensor de temperatura depende de la aplicación
o del lugar donde se requiera medir la temperatura. Se recomienda un termistor NTC para medir
la temperatura en áreas donde las condiciones varíen suavemente pero en las que se necesite un
elevado nivel de precisión del sistema (medir en habitaciones, confort, exactitud del sistema >
0.5ºC) (Testo, 2006), ya que la resistencia de un termistor típico varía 156 Ω de 0ºC a 1ºC, mientras
la del platino varía tan sólo 0,385 Ω. Para medir la temperatura en áreas donde la temperatura varía
rápidamente después de un cambio en la proporción del aire del ambiente (ejemplo, ductos de
aire) se puede emplear un sensor de platino.
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GUÍA PARA EL MANEJO DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN UTILIZADOS EN LAS AUDITORÍAS ENERGÉTICAS
Cuidados en el uso de termómetros.
Los termómetros termorresistivos (Pt100, Pt500, Pt1000, Ni100, etc.) no pueden utilizarse en
lugares sometidos a mucha vibración porque pueden fracturarse.
Los termómetros infrarrojos deben manipularse de tal forma de no dirigir nunca la luz infrarroja
hacia el cuerpo o los ojos de las personas, ya que ocasionan quemaduras en los tejidos.
Calibración de los instrumentos de medición
Para la calibración de los termómetros, se emplea el baño de temperatura, los hornos de mufla
y los comprobadores de puente wheatstone y potenciómetros. El baño de temperatura consiste
en llenar un recipiente de acero inoxidable con un líquido, en el cual se sumerge el termómetro
a calibrar, el termómetro de referencia y un agitador (disminuye los gradientes de temperatura
dentro del líquido y disipa el calor rápidamente). En la Tabla 10, se muestran los líquidos empleados
para la calibración, que dependen del rango de temperatura a utilizar (Harper, 2004).
Los hornos de mufla son hornos de temperatura calentados por resistencias eléctricas y están
provistos con la toma necesaria para introducir los elementos primarios (sensor de resistencia,
termistor, etc) del instrumento a calibrar. Para realizar una calibración más precisas se coloca
en el interior del horno crisoles con sales específicas que funden a determinadas temperaturas
(Harper, 2004).
La calibración de los pirómetros infrarrojos se realiza mediante una fuente de calibración de
cuerpo negro. Esta fuente es un bloque térmico sencillo de manejar, bien sea en laboratorios o
calibraciones in situ, como muestra la Figura 10. La unidad de regulación de la fuente de calibración
de cuerpo negro dispone de un indicador para el valor nominal y real de la temperatura de
verificación deseada.
Tabla 10. Líquidos empleados en el baño de temperatura
RANGO DE
TEMPERATURA
(DESDE-HASTA)
LÍQUIDO
PRECISIÓN
-80 ºC-Temp.
Ambiente
Tricloro etileno,
etilenglicol
0.005 ºC max
±0.1 ºC a ±0.02 ºC
Temp. Amb. a 95 ºC
Agua
±0.002 ºC a ±0.005 ºC
Temp. Amb a 150 ºC
Aceite de baja
viscosidad (con pto.
inflamación >150ºC),
aceite de silicón
±0.02 ºC a ±0.03 ºC
Temp. Amb a 260 ºC
Aceite de silicón
±0.02 ºC a ±0.03 ºC
220 a 770 ºC
Sales especiales que
están en estado de
fusión a la temperatura
de trabajo
±0.05 ºC a 1 ºC
Fuente: Harper (2004)
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Figura 10: Fuente de cuerpo negro
Fuente: www.keison.co.uk
HIGRÓMETRO
La humedad ambiental es la cantidad de vapor de agua presente en el aire. La humedad relativa es
la relación porcentual entre la cantidad de vapor de agua que realmente contiene el aire (presión
parcial del vapor de agua) y la cantidad máxima de vapor de agua que es posible que contenga
el aire a la temperatura dada (presión de saturación del vapor de agua) (Pallas, 2003). La ecuación
que define la humedad relativa es la (9).
Donde:
PH20: Presión parcial del vapor de agua en el aire
Pº H20: Presión de saturación del vapor de agua en el aire a la temperatura dada (la presión de
saturación depende de la temperatura).
La medición de la humedad relativa en el ámbito de las auditorías energéticas es un parámetro
de importancia, ya que establece la capacidad de un ambiente en aceptar más o menos vapor
37
GUÍA PARA EL MANEJO DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN UTILIZADOS EN LAS AUDITORÍAS ENERGÉTICAS
de agua. Lo anterior se relaciona con el confort
térmico que experimentan las personas, debido
a que determina la capacidad de transpirar y,
por ende, de regular la temperatura corporal,
experimentando la sensación de comodidad y
bienestar termofísico.
La humedad relativa se mide con un dispositivo
denominado higrómetro. Estos aparatos a
menudo están en versiones que miden varios
parámetros como la temperatura ambiente
(termohigrómetros). En la Figura 11 puede
apreciarse un termohigrómetro moderno.
Figura 11. Termohigrómetro
Fuente: www.pce-instruments.com
Medición de la humedad relativa
El sistema de medición está compuesto de un medidor conectado a un sensor. Este sensor puede
ser resistivo o capacitivo. El sensor resistivo mide la disminución de su resistividad al aumentar la
humedad, mientras que el sensor capacitivo mide la disminución de su capacitancia. Las sustancias
empleadas como materiales para la fabricación de estos sensores son sales higroscópicas (toma
agua de la atmósfera) como el cloruro de litio (LiCl) y el fluoruro de bario (BaF2), y también, óxido
de fósforo (V) (P2O5), las cuales se depositan sobre un polímero (material dieléctrico). Los sensores
capacitivos generalmente se fabrican de óxido de aluminio, ya que su capacitancia es más variable
que su resistencia (Pallas, 2003). La relación entre la resistividad y capacitancia y la humedad no
es lineal.
Las variaciones de resistencia o capacitancia a su vez causan un cambio de frecuencia en los
componentes electrónicos del instrumento. La frecuencia se convierte entonces en voltaje,
que luego se convierte en un valor de humedad relativa y se visualiza en pantalla. Los sensores
resistivos son más adecuados en ambientes con humedades relativas altas.
Escalas de medición y unidades
Como la humedad relativa se mide en porcentaje, la escala de medición varía de 0-100 %. Los
valores de humedad relativa para un ambiente climatizado con aire acondicionado deben ser
inferiores al 60% con temperaturas entre 24,5-26 ºC, con velocidades del aire del orden de los 0,2
m/s (Mermel, 2005).
Principales usos y aplicaciones
Entre sus principales aplicaciones, se encuentran:
• Estudios meteorológicos.
• Medición de la humedad en ambientes de trabajo para evaluar las condiciones ambientales de
bienestar termofísico y la prevención de moho (si la temperatura y la humedad están en una
relación inadecuada entre ellas, se puede generar moho).
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• En laboratorios de suelos, para el estudio de propiedades hídricas del suelo para uso en general
y determinación de la humedad necesaria para cultivos específicos.
• En medicina, para aplicaciones biomédicas y para determinar la colocación de humidificadores
ambientales para los casos clínicos de congestión en los bronquios.
• Sensores de humedad en laboratorios de análisis clínicos y químicos, en caso de requerimientos
de algunos equipos de análisis (humedad controlada para su buen funcionamiento).
Modos de uso para la medición de la humedad ambiental
En el mercado se pueden encontrar higrómetros para medir la humedad en interiores (oficinas,
almacenes, residencias, entre otros) y exteriores (ambiente natural). La aplicación de uno u otro
quedará sujeta a la necesidad particular de quien realiza la medición, así como al fin de la misma.
Si se requiere hacer una auditoría relacionada al confort termofísico y las condiciones donde se
deban salvaguardar la salud de los empleados, se recomienda el uso de un termohigrómetro
de interiores. La utilización de estos dispositivos es sencilla, básicamente sólo requieren que el
operador lo encienda y espere la respuesta del mismo. En ocasiones deberá elegir entre una
unidad de temperatura (ºC ó ºF) y entre una unidad de presión (mmHg, hPa, mbar).
Cuidados en el uso de los higrómetros
Según Martínez y col (1998), se deben tener las siguientes consideraciones al usar higrómetros:
• No deben usarse a temperaturas superiores a 60 ºC.
• Los sensores pierden sensibilidad en ambientes con alta concentración de vapores de sustancias
orgánicas (etanol, acido acético, propileno, entre otras); el uso de filtros minimiza este problema
pero retarda el tiempo de equilibrio del instrumento.
• Otro problema que pueden sufrir los sensores es la histéresis (diferencia entre la distancia de
activación y desactivación) que obliga a prolongadas deshidrataciones entre determinaciones
consecutivas, lo que una vez más alarga el tiempo requerido para el análisis. El intervalo de
medida depende del tipo de higrómetro empleado, pero si se realizan tres (3) o cuatro (4)
mediciones puede obtenerse una reproducibilidad de ± 0.005.
Error de medición, corrección, ajuste y calibración
La precisión de los higrómetros depende esencialmente de los siguientes factores:
Errores asociados a linealidad: es causado por la no linealidad típica de la respuesta de los
sensores. Se recomienda calibrar el medidor periódicamente para reducir la probabilidad de que
ocurra este error.
Error asociado a la temperatura: es causado por la variación de las propiedades higroscópicas del
material dieléctrico (polímero) del sensor en función de la temperatura. De hecho, la relación entre
la cantidad de vapor de agua presente en el dieléctrico y la humedad relativa no es directamente
proporcional, sino que varía con la temperatura. Debido a este error, la mayoría de los higrómetros
disponibles en el mercado no funcionan a temperaturas por debajo de -20 ºC (-4ºF).
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GUÍA PARA EL MANEJO DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN UTILIZADOS EN LAS AUDITORÍAS ENERGÉTICAS
Error asociado a la calibración: es causado por un procedimiento de calibración incorrecto. La
calibración de higrómetros generalmente se realiza en una cámara de humedad. Los métodos
más utilizados para generar humedad son el método de dos (2) presiones, el de flujo dividido y
las soluciones de sal y agua. Este último es uno de los métodos menos costosos para realizar una
calibración, además de cubrir un amplio intervalo de humedad relativa (desde el 3 al 98 %).
Es posible simular un valor de humedad relativa. Para un procedimiento detallado de la manera
de calibrar los higrómetros puede consultar la Guía técnica sobre trazabilidad e incertidumbre
de medición en la calibración de higrómetros de humedad relativa (2004). Sin embargo, para
una mayor precisión se recomienda calibrar estos dispositivos en instituciones o empresas
especializadas en este procedimiento.
MANÓMETRO
La presión se define como una fuerza normal que ejerce un fluido por unidad de área (Çengel y
Boles, 2006). La presión atmosférica es igual al peso por unidad de superficie de la columna de aire
comprendida entre ésta y la última capa de la atmósfera.
La presión real en una determinada posición se llama presión absoluta y se mide respecto al vacío
absoluto (presión cero absoluta). Sin embargo, la mayor parte de los medidores de presión se
calibran a cero en la presión atmosférica (ver Figura 12), por lo que indica la diferencia entre la
presión absoluta y atmosférica local. Esta diferencia es la presión manométrica (presión positiva).
La presión manométrica que esté por debajo de la presión atmosférica es una presión negativa y
se conoce como presión de vacío (Çengel y Boles, 2006). Las presiones manométricas se miden
con un manómetro, mientras que la presión atmosférica se mide con un barómetro. Las presiones
absolutas, manométricas y atmosféricas se relacionan mediante la ecuación (10).
Debe entenderse que la palabra absoluta hace referencia
a que es la presión total (real) y es el resultado de la suma
de la presión atmosférica y la manométrica. La presión
manométrica es la presión relativa porque es la resultante de
la diferencia de la presión absoluta y atmosférica local.
Figura 12. Manómetro calibrado a cero a la presión atmosférica
Fuente: www.venservi.cl
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GUÍA PARA EL MANEJO DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN UTILIZADOS EN LAS AUDITORÍAS ENERGÉTICAS
En términos más sencillos, puede decirse que la presión atmosférica de un lugar cualquiera es
simplemente el peso del aire que se halla arriba de ese sitio por área superficial unitaria, por tanto,
su valor varía evidentemente según la altura del punto en que se mida y las condiciones climáticas
(Mott, 1996). Para una temperatura dada, la densidad del aire es menor a grandes altitudes y, por
lo tanto, un determinado volumen contiene menos aire y menos oxigeno (una persona se sentirá
más cansado con mayor rapidez y experimentará problemas de respiración en lugares más altos).
Una buena aproximación de la presión atmosférica a nivel del mar es 14,69 lb/pulg2 ó 101.325,00
Pa (101,325 kPa), 760 mmHg y 1 atm.
Los primeros resultados concluyentes sobre la medición de la presión, los obtuvo el físico italiano
Evangelista Torricelli (1608-1647). Sus resultados demostraron que se puede medir la presión al
invertir un tubo lleno de mercurio (cerrado por el extremo superior y abierto en el extremo inferior)
en un recipiente que también contiene mercurio como se ilustra en la Figura 13. La presión en el
punto B es igual a la presión atmosférica y la presión en C se puede considerar como cero (es de
apenas 0,17 Pa), ya que sólo hay vapor de mercurio por encima de éste punto y como la presión
es más baja que la presión atmosférica, entonces puede despreciarse. Si se realiza un balance de
fuerzas, se obtiene la ecuación (11).
Donde:
ρ: Densidad del mercurio (13595 kg/m3)
g: Aceleración gravitacional
h: Altura de la columna de mercurio arriba de la superficie libre
Figura 13. Principio de funcionamiento de un barómetro de mercurio
Fuente: Mott (1996)
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GUÍA PARA EL MANEJO DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN UTILIZADOS EN LAS AUDITORÍAS ENERGÉTICAS
Este dispositivo hoy día se conoce como barómetro. Actualmente, se pueden encontrar en
el mercado una variedad de barómetros, entre los cuales podemos mencionar el barómetro
aneroide, que a diferencia del barómetro común, no contiene mercurio.
El barómetro aneroide mide la presión atmosférica a través de la medición de la deformación que
sufre en una caja que se encuentra en su interior, la cual está en completo vacío. Si la deformación
es pequeña, entonces la presión medida es pequeña, y si la deformación es grande, la presión
atmosférica es grande. Se puede encontrar también el barómetro de tubo pitot, el barómetro
analógico y el barómetro digital.
Como se mencionó anteriormente, la medición de la presión atmosférica queda sujeta a la
utilización de un barómetro, mientras que la presión manométrica debe medirse con un
manómetro. Sin embargo, actualmente existen barómetros provistos de un segundo campo
de medición, lo cual permite usar los barómetros digitales también como manómetros. Esto se
traduce en que con un solo instrumento se mida la presión absoluta, presión de vacío, presión
manométrica y la presión barométrica (presión atmosférica es ajustada al equivalente del nivel
del mar).
Pueden encontrarse versiones de barómetros para la medición de la presión de aire en ambientes
del tipo almacenes, oficinas, residencias, entre otros, lo cual lo hace ideal para utilizarse en
auditorías energéticas. Tal es el caso del barómetro y termohigrómetro PCE-THB 40 de la PCEIbérica (ver Figura 14), el cual es capaz de medir la presión barométrica, temperatura y humedad
diferencial.
Figura Nº 14. Barómetro y termohigrómetro PCE-THB 40
Fuente: www.pce-instruments.com
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GUÍA PARA EL MANEJO DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN UTILIZADOS EN LAS AUDITORÍAS ENERGÉTICAS
Escalas de medición y unidades
Debido a que la presión se expresa como P = F/A, en el SI la unidad estándar de presión es el
Pascal (Pa) o N/m2, mientras que en el sistema británico de unidades, la unidad estándar es lb/pie2,
pero es más común usar lb/pulg2. Sin embargo, otras unidades de presión, como por ejemplo los
milímetros de mercurio (mmHg), han dejado de utilizarse en ámbitos técnicos o científicos, siendo
éstas empleadas en el lenguaje más coloquial, por ejemplo, los pronosticadores del clima.
Principales usos y aplicaciones
El barómetro tiene múltiples aplicaciones, de tal manera que se utilizan en diversos procesos,
como el campo de la neumática (en compresores e instalaciones de bombas), en el control de
procesos químicos (mediciones de la presión en reactores), también en el sector de la fabricación
de la industria de plásticos, en la comprobación de la presión en las válvulas
(pérdida de presión de aire antes y después, en la industria alimenticia para corroborar la
refrigeración, en auditorías energéticas para la comprobación del confort en ambientes de trabajo
y residenciales, en las predicciones meteorológicas, en el ámbito de la investigación y el desarrollo
y, en general, en la optimización y control de procesos.
Modos de uso para la medición de la presión ambiental
Básicamente, la forma de usar va a depender del tipo de instrumento, es decir, del dispositivo en
sí. Estará calibrado para medir la presión atmosférica, la manométrica o la absoluta. Lo ideal es
que antes de adquirir uno de estos dispositivos, se reflexione sobre las necesidades particulares
de medición, así como el intervalo de presión a medir. En tal sentido, si se requiere medir la presión
atmosférica, se recomienda emplear un barómetro que mida directamente este tipo de presión.
El empleo de un barómetro de este tipo sólo requiere su encendido y colocación en los puntos
seleccionados (considerando que la presión depende de las condiciones climáticas y de la altura).
Es pertinente resaltar, que debido a los distintos modos de presiones (absoluta, manométrica,
atmosférica) se debe estar claro sobre cuál de éstas se requiere medir y, además, se recomienda
seguir las instrucciones de la empresa fabricante para el uso adecuado de estos instrumentos.
Cuidados en el uso de los instrumentos de medición
Como se mencionó anteriormente, el cuidado particular de cada uno de los manómetros y/o
barómetros debe basarse en las recomendaciones de cada casa matriz o fabricante. Sin embargo,
un cuidado particular que debe tenerse es no someter a los instrumentos a presiones superiores
a las de su rango de medición, ya que podrían disparar la protección y ocasionarle una falla al
instrumento.
Error de medición, corrección, ajuste y calibración
Los manómetros y/o barómetros son vendidos de su casa matriz calibrados, no obstante, se
recomienda su recalibración una vez al año para garantizar la exactitud en las medidas.
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GUÍA PARA EL MANEJO DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN UTILIZADOS EN LAS AUDITORÍAS ENERGÉTICAS
MEDIDOR DE ULTRASONIDO
El sonido es un fenómeno vibratorio transmitido en forma de ondas y para que éste se genere es
necesario que vibre alguna fuente. Las vibraciones pueden ser transmitidas a través de diversos
medios elásticos, entre los más comunes se encuentran el aire y el agua. El sonido no se puede
propagar en el vacío.
El análisis ultrasónico consiste en el análisis de las señales acústicas emitidas por un dispositivo o
sistema para detectar condiciones indeseables, tales como las fallas incipientes, que son el primer
aviso de futuras fallas y más severas.El ultrasonido se define como ondas de frecuencia por encima
del límite audible humano, es decir supeior a los 20 kHz.
Medición del ultrasonido para la detección de fallas en los equipos
El Ultrasonido propagado en aire y estructuras, es una técnica la cual capta rangos de frecuencia
mayores a los 20.000 Hz, utilizada para la deteccion temprana y localizacion de fenómenos
eléctricos como el efecto corona y el arco eléctrico, entre otros.
Las descargas parciales, los arcos eléctricos y el efecto corona producto de la ionización, perturban
las moléculas de aire que le rodea. El equipo medidor detecta sonidos de alta frecuencia producida
por estas emisiones y los traduce a los rangos audibles para el ser humano. La calidad del sonido
específico de cada tipo de emisión se escucha en los auriculares, mientras que la intensidad de la
señal se observa en un panel de visualización. Estos sonidos pueden ser grabados y analizados a
través de software de análisis de espectro de la ecografía para el diagnóstico.
El efecto corona es un fenómeno eléctrico que se produce en los conductores de las líneas de
alta y media tensión y se manifiesta en forma de halo luminoso a su alrededor. El efecto corona
es debido a la ionización del aire circundante al conductor. En el momento que las moléculas de
aire se ionizan, éstas son capaces de conducir la corriente eléctrica y parte de los electrones que
circulan por la línea pasan a circular por el aire, tal fenómeno producirá un arco de un color rojizo
para niveles bajos de temperatura o azulado para niveles altos.
El efecto corona es importante analizarlo ya que es responsable de las pérdidas de energía en
líneas de transmisión y del deteriroro de los elementos aislantes (Torres-Sánchez, 2011). El término
corona se debe a las observaciones realizadas por los “marinos a las descargas eléctricas, en forma
de racimos o coronas, presentes en los mástiles de los barcos” (Torres-Sánchez, 2011)
El ruido provocado por el efecto corona consiste en un zumbido de baja frecuencia (básicamente
de 100 Hz), provocado por el movimiento de los iones y un chisporroteo producido por las
descargas eléctricas (entre 0,4 y 16 kHz). Son ruidos de pequeña intensidad que en muchos
casos apenas son perceptibles. Únicamente cuando este efecto sea elevado, se percibirán en la
proximidad inmediata de las líneas de alta y media tensión. Las pérdidas de electrones puede ser
causada por contaminación, degradación, mala instalación o humedad anormal.
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GUÍA PARA EL MANEJO DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN UTILIZADOS EN LAS AUDITORÍAS ENERGÉTICAS
El arco eléctrico es un fenómeno que ocurre cuando la electricidad fluye o viaja a través del
aire, como consecuencia de la rotura de su rigidez dieléctrica. El arco que se forma cuando una
protección de sobrecorriente opera o por la ocurrencia de un rayo, son ejemplos conocidos. Sin
embargo, entre dos (2) puntos de un sistema eléctrico, la electricidad siempre trata de buscar el
camino de menor resistencia, ya sea circulando por los conductores eléctricos o estableciendo
un arco de corriente a través del aire. El arco eléctrico puede ser iniciado, entre otras causas, por
impurezas y polvo en la superficie del aislamiento, por corrosión que proporciona impurezas en la
superficie o por sobretensiones a través de espacios estrechos.
Las descargas parciales consisten en la formación de caminos conductores en la zona de la
superficie de un aislante eléctrico. Este fenómeno se ve agravado por la contaminación y la
humedad. Éstas se escuchan como un sonido de zumbido y chisporroteos intermitentes, con
pausas y caídas y crecimientos en intensidad. La intensidad puede aumentar hasta llegar al punto
de combustión súbita (flashover). Después de la combustión súbita, todo este sonido se convierte
en silencio.
Se suele llamar descarga de arco al tipo de conducción eléctrica que se establece en gases y da
lugar a corrientes altas. Una descarga de arco es, en esencia, un cortocircuito y el mecanismo de
ionización del aire es similar al de la descarga corona.
En forma general, el ultrasonido es utilizado para monitorear sistemas con tensiones nominales
superiores a los 2 kV, especialmente en interruptores en condiciones de operación continua. En
estos casos, el ultrasonido es útil para determinar problemas de descargas parciales.
El equipo de inspección comercial, por lo general incluye sensores ultrasónicos de contacto y/o
aéreos ultrasónicos de corta y larga distancia, así como software de diagnóstico y grabación de
formas de onda (pueden ser comparadas, analizadas, guardadas, etc).
Error de medición, corrección, ajuste y calibración
En lo que respecta a ensayos ultrasónicos, se utilizan variados métodos de calibración. La
electrónica del equipo se debe calibrar para asegurar su funcionamiento y diseño. Esta operación
generalmente es realizada por el fabricante, ya sea en el proceso de fabricación como en el servicio
post-venta. Luego, hay una calibración que se debe realizar por el usuario previo al ensayo. En
los ensayos de ultrasonido también existe la necesidad de estándares de referencia. Estos son
utilizados para establecer un nivel general de consistencia en la medición y ayudar a interpretar y
cuantificar la información adquirida.
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GUÍA PARA EL MANEJO DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN UTILIZADOS EN LAS AUDITORÍAS ENERGÉTICAS
Las inspecciones de ultrasonidos para detección de fallas eléctricas, se pueden aplicar a:
• Líneas de transmisión y distribución de alta tensión
• Inspecciones predictivas de subestaciones
• Conmutadores
• Transformadores
• Tableros eléctricos de media y baja tensión.
Figura 15. Inspección de equipo eléctrico mediante técnicas de ultrasonido
Fuente: www.preditec.com
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Ejemplo de aplicación
Diagnóstico de redes de Distribución
El uso de la técnica de ultrasonido propagado en aire y estructuras, se encuentra generalizada
en el diagnóstico de líneas de transmisión y subestaciones de potencia. Su aplicación en redes
de distribución de 34,5 hasta 11,4 kV ha demostrado que, complementaria con la termografía,
pueden llegar a detectar puntos de falla no localizables a través de la inspección visual en el
sistema y disminuir notoriamente las interrupciones del suministro eléctrico. La implementación
de esta técnica se muestra en la Figura 16.
Figura 16. Inspección de líneas de transmisión mediante técnicas de ultrasonido
Fuente: www.preditec.com
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GUÍA PARA EL MANEJO DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN UTILIZADOS EN LAS AUDITORÍAS ENERGÉTICAS
CAUDALÍMETRO
Se entiende por caudal de un líquido a la cantidad del mismo fluido que atraviesa una sección
dada por unidad de tiempo. Éste se puede expresar como másico o volumétrico. Ambos tipos
de caudales se relacionan entre sí por la densidad del fluido. Los medidores de caudal son los
caudalímetros.
La importancia de la medición de los caudales en una auditoría energética, radica en el hecho
de que se pueden proponer mejoras relacionadas a la eficiencia de los equipos de bombeo. Por
ejemplo, en algunos casos podrá proponerse la instalación de controladores de velocidad que
permitan reducir un caudal elevado sin que se afecte o disminuya la eficiencia de la bomba. Esto
se traduce en una adecuación del sistema a las necesidades de la empresa u organización. Otra
propuesta podría ser la sustitución de uno o varios de los equipos de bombeo por otros más
adecuados (Abadía y col, 2010).
Unidades de medida e instrumentos de medición del caudal
El caudal másico se expresa en kg/s y el caudal volumétrico se expresa en m3/s. La transformación
de un caudal en otro se realiza mediante la densidad (ρ) del líquido (en kg/m3). En la ecuación (12)
se ejemplifica el cálculo.
Los instrumentos de medida generalmente vienen calibrados para reportar en l/min o l/h.
Tipos de caudalímetros
Al momento de elegir un medidor de caudal, deben considerarse factores como: intervalo de
medición, exactitud requerida, pérdida de presión, tipo de fluido y de medición, calibración,
ambiente y lugar de ubicación. Existen varios tipos de caudalímetros para líquidos, entre
los cuales se mencionan: rotámetros, discos ovalados, discos giratorios, turbina, torbellino,
electromagnéticos, coriolis y ultrasónico. Sin embargo, en una auditoría energética el tipo de
caudalímetro que se utiliza es el ultrasónico. Este dispositivo consta de dos (2) sensores que
trabajan por pares, como emisor y receptor. Los hay de dos (2) tipos:
EFECTO DOPPLER: Miden los cambios de frecuencia causados por el flujo del líquido. En este caso,
se dispone de un transductor en la pared de la tubería, el cual emite un pulso de ultrasonido en
un ángulo apropiado, y a una frecuencia determinada, hacia el centro de la tubería. Luego, las
partículas suspendidas en el fluido producen reflexiones de la onda sonora que son detectadas
por el transductor (ver Figura 17). La frecuencia de la señal emitida difiere de la que posee la señal
recibida de acuerdo al Efecto Doppler.
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GUÍA PARA EL MANEJO DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN UTILIZADOS EN LAS AUDITORÍAS ENERGÉTICAS
TIEMPO DE TRÁNSITO: Tienen transductores colocados a ambos lados del flujo. El método consiste
en la disposición de (2) dos transductores situados en las paredes de la tubería por donde circula
el fluido, los cuales actúan como emisor-receptor de ultrasonido. Tal como se ilustra en la Figura
18, existe uno situado en la parte superior, el cual envía un pulso de ultrasonido en sentido
descendente hasta ser recibido por el transductor inferior. Este último transmite a su vez un pulso
en sentido ascendente que es recibido por el transductor situado en la parte superior (Avilés (s/f)).
Figura 17. Principio de funcionamiento de un caudalímetro ultrasónico (efecto doppler)
Fuente: automationwiki.com
Figura Nº 18. Principio de funcionamiento de un caudalímetro ultrasónico (tiempo de tránsito)
Fuente: www.spiremt.com
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GUÍA PARA EL MANEJO DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN UTILIZADOS EN LAS AUDITORÍAS ENERGÉTICAS
De esta forma, dado que el pulso descendente se encuentra a favor del flujo, demorará menos
tiempo en llegar al receptor inferior, comparado con el tiempo que demorará el pulso ascendente,
en contra del sentido del flujo, en alcanzar el receptor superior. De esta forma, el caudalímetro
transmite pulsos ascendentes y descendentes en forma alternada midiendo la diferencia de
tiempo en la recepción de éstos (Avilés (s/f)). Esta posición de caras opuestas de los transductores
se conoce como montaje tipo Z y en esta posición el sonido cruza el conducto una sola vez.
También puede realizarse un montaje tipo V o montaje tipo W. En la posición tipo V el sonido
cruza el conducto dos (2) veces, a diferencia de la posición tipo W en que el sonido viaja cuatro (4)
veces por el conducto. La Figura 19, muestra un caudalímetro ultrasónico comercial efectuando
una medición en una tubería, en donde los transductores se han colocado en posición tipo V o W.
Figura N 19. El caudalímetro por ultrasonido PCE-TDS 100HS efectuando una medición en una tubería
Fuente: es.omega.com
Modos de uso
Los caudalímetros ultrasónicos son sencillos de usar, utilizan transductores externos que se pueden
instalar fácilmente en el exterior del tubo, simplemente se deben seguir las recomendaciones del
fabricante.
La selección del tipo de montaje de los transductores, es decir, tipo Z, V o W depende del tipo
de conducto (diámetro) y características del líquido. En función de estos parámetros se deben
escoger también los transductores más adecuados y elegir entre los de tipo estándar o adquirir
otros modelos adicionales.
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Una vez instalados los transductores en la tubería, basta conectarlos al caudalímetro, encenderlo
y tomar la lectura.
Principales usos y aplicaciones
Con el caudalímetro ultrasónico, se puede medir el caudal de líquidos ultra puros, agua potable,
aguas resultantes de procesos químicos, agua regenerada, agua de refrigeración, agua de río,
aguas residuales de fábricas, entre otros.
Cuidados en el uso
Algunos de los cuidados recomendados son los siguientes:
• La colocación de los transductores se realiza exteriormente, por lo que se debe considerar la
posible atenuación que pueda sufrir la señal sobre todo con materiales porosos como el
fibrocemento, la fundición, etc.
• En este sentido, también se debe considerar la capa de suciedad que aparece normalmente
en todas las instalaciones, y por lo tanto, a la hora de realizar las mediciones, es importante
asegurarse que la tubería se encuentre limpia, ya que la suciedad impide un buen acoplamiento
entre el transductor y la pared del conductor.
• Los transductores estándar pueden soportar hasta 70ºC. Se puede medir también a temperaturas
más elevadas con otros transductores.
Error de medición, corrección, ajuste y calibración
Un error que puede producirse en las mediciones, está relacionado a las distancias de separación
entre los transductores y al tipo de montaje. Para esto, se recomienda emplear el montaje según
el diámetro de la tubería, como se describe a continuación:
Montaje Tipo V: la instalación del método V, es el modo más común para la medición diaria de
tuberías cuyo diámetro interior va desde los 20 hasta los 300 mm; también llamado método
reflectivo. Se muestra en la Figura 20.
Montaje Tipo Z: este método se utiliza comúnmente cuando el diámetro de la tubería está entre
300 y 500 mm. Se muestra en la Figura 20.
Montaje Tipo W: el método de instalación W se usa normalmente con tuberías de plástico con un
diámetro de 10 hasta 100 mm. Se muestra en la Figura 20.
El espacio de los transductores es un valor que arrojará el mismo instrumento a través de una
función intrínseca del software, ya que depende del tipo a utilizar.
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v
z
w
Figura 20. Montajes tipo V, Z y W
Fuente: www.rockservices.net
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LUXÓMETRO
Las primeras aplicaciones dadas a la energía eléctrica fueron en el área de la iluminación,
inicialmente con lámparas de arco eléctrico hasta las últimas aplicaciones con tecnología led.
La iluminación es necesaria en aquellos casos en que no se dispone de luz natural para realizar
las actividades laborales, cotidianas y otras. Sin embargo, un exceso de iluminación en estas
actividades constituye un derroche y, en este sentido, es necesario hacer mediciones para una
adecuada valoración. La presente sección, se va a introducir con la definición de algunos términos
frecuentemente utilizados en el área de la iluminación, para posteriormente hablar de valores
recomendados y del luxómetro como instrumento de medicón.
Flujo luminoso
Se define como la cantidad de energía luminosa emitida por una fuente de luz por unidad de
tiempo, en todas las direcciones. Se representa por la letra griega Φ y su unidad es el lumen (lm).
Rendimiento luminoso o eficiencia luminosa
Indica el flujo luminoso que emite una fuente de luz por cada unidad de potencia eléctrica
consumida para su obtención. Se representa por la letra griega η su unidad es el lumen/vatio
(lm/W).
Intensidad luminosa
Se define como la relación entre el flujo luminoso emitido por una fuente de luz en una dirección,
por unidad de ángulo sólido en esa misma dirección medido en estereorradianes (sr). Un
estereorradián es el ángulo formado entre el centro de una esfera de radio unitario y una porción
de superficie de una unidad cuadrada de dicha esfera. La unidad de la intensidad luminosa es la
candela (cd).
Nivel de Iluminación o Iluminancia
Los niveles de iluminación se definen como la relación entre el flujo luminoso y el área de superficie
sobre la cual incide dicho flujo. Se simboliza con la letra E y su unidad es el lux.
Rendimiento de color
Es el índice que indica el nivel o el grado de precisión en que un objeto iluminado puede reproducir
su propio color real bajo la influencia de una fuente de luz. Cuando la luz incide sobre un cuerpo
y éste genera un color prácticamente igual o idéntico al propio, entonces su IRC tendrá un valor
cercano o igual a 100. Para la clasificación de distintas fuentes de luz, se ha instituido a la lámpara
incandescente como patrón, ya que dicha fuente representa un IRC de 100 (muy bueno).
Curvas fotométricas
Son curvas que indican la intensidad luminosa emitida, en todos los ángulos, en un determinado
corte de la sección volumétrica del emisor de luz.
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Fuentes de iluminación naturales y artificiales
Las fuentes de luz pueden ser naturales o artificlales. La luz del sol constituye la principal fuente
de luz natural. Las fuentes luminosas eléctricas se pueden clasificar en dos (2) grandes categorías:
• Irradiación por efecto térmico.
• Descarga eléctrica en el gas o en los metales al estado de vapor.
Dentro del primer grupo, se encuentran los bombillos incandescentes, y en el segundo, las
lámparas fluorescentes tradicionales y compactas, las de vapor de mercurio o sodio, las de neón
y otras.
Niveles de iluminancia recomendados
Los niveles de iluminacion requeridos, en función del objetivo del sistema de iluminacion el cual
es brindar un adecuado ambiente visual en los ambientes de las diferentes edificaciones, sean
residenciales, comerciales o industriales, están relacionados con el tipo de actividad que se realiza
en los mismos.
En Venezuela, es de común aplicación las recomendaciones para el sector comercial e industrial
contenidas en la Norma COVENIN 2249 (1993), la cual dicta recomendaciones en tal sentido. La
Tabla 11, muestra algunos de estos límites recomendados. Esta norma tiene como propósito
“establecer los valores de iluminancia media en servicio recomendados” los cuales han “sido definidos
estadísticamente en base a encuentas y experiencia”. Los valores de iluminancia recomendados
están establecidos en cantidades límites, en cuyo caso no se recomienda que las mediciones estén
por debajo del mínimo o por encima del máximo.
Para la medición de niveles de iluminación, se hace uso de un instrumento denominado
luxómetro, el cual consiste de una célula fotoeléctrica. Al incidir la luz sobre esta célula, se genera
una señal eléctrica. La señal producida genera el movimiento de una aguja, el encendido de una
luz o la aparición de una cantidad en una pantalla, dependiendo del modelo y tipo de luxómetro
que se utilice.
Tabla 11. Niveles de iluminación recomendados en las Norma COVENIN 2249 (1993)
ILUMINANCIA (lux)
ÁREA O TIPO DE
ACTIVIDAD
Mínimo
Promedio
Máximo
Operaciones activas
200
300
500
Trabajo de bajo contraste
500
750
1000
Sala de conferencias
200
300
500
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El RETILAP (2009) recomienda las siguientes especificaciones técnicas de los luxómetros, para el
caso que se utilicen en procesos de auditorías o inspección:
• Respuesta espectral ≤ al 4% de la curva IEC Standard, error de coseno ≤ al 3% a 30°.
• Pantalla de 3,5 dígitos, precisión de +/- 5% de lectura +/- un dígito
• Rango de lectura entre 0.1 y 19.990 luxes
Principales usos y aplicaciones de los luxómetros
Para comprobar que en los diferentes ambientes de una edificación se disponen de los niveles
de iluminación adecuados a las tareas que se desarrollan en éstos, se realizan las respectivas
mediciones mediante la utilización del luxómetro. Además, son utilizados en otras aplicaciones,
como por ejemplo en la industria del cine y la televisión.
Cuidados en el uso
Al realizar mediciones con el luxómetro, se deben considerar los siguientes aspectos:
• Ajustarlo en el rango adecuado a los valores a medir.
• Mantenerlo en posicion perpendicular y a las alturas de los planos de trabajo respectivos.
• Realizar varias mediciones, a efectos de tomar como valor definitivo el promedio de las mismas.
REGISTRADOR DE PARÁMETROS ELÉCTRICOS O ANALIZADOR DE REDES
En las auditorías energéticas, es necesario no sólo obtener valores puntuales de los parámetros
eléctricos presentes en una instalación en un instante de tiempo. En la mayoría de los casos, es
necesario obtener los parámetros eléctricos en un período de tiempo, y de esta forma, tener un
panorama amplio de las variaciones que están ocurriendo y así recomendar las alternativas de uso
racional y eficiente de la energía de la instalación. En este sentido, los registradores de parámetros
eléctricos o analizadores de redes, son instrumentos que permiten medir, registrar y monitorear
los parámetros eléctricos de una instalación, con miras a su posterior análisis. Adicionalmente, otra
de las ventajas que introduce este instrumento es el monitoreo de las desviaciones de las ondas
de tensión y corriente, aspecto tambien a incluir en esta sección. Anteriormente, se definieron
los parámetros eléctricos tensión y corriente (ver los acápites dedicados al voltímetro y la pinza
amperimétrica); a continuación, se introducirán los conceptos relativos a potencia, energía y
factor de potencia.
Potencia activa
Es la razón a la cual se efectúa el trabajo útil en un circuito eléctrico. La unidad de potencia es el
vatio, simbolizado con la letra W. También se pueden usar unidades múltiplos como el kW.
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Potencia reactiva
Es la potencia que representa la interacción de la energía magnética que hace posible el
funcionamiento de las máquinas eléctricas, entre éstas, los transformadores y las máquinas
rotativas. Su unidad es el voltioamper reactivo, simbolizado con las letras VAr. También se pueden
usar unidades múltiplos como el kVAr.
Potencia aparente
Es la potencia suministrada por la fuente de energía y se obtiene como la suma fasorial de la
potencia activa y la potencia reactiva. Su unidad es el voltioamper, simbolizado con las letras VA.
También se pueden usar unidades múltiplos como el kVA.
Energía
Se define como la capacidad de un sistema para realizar un trabajo, entre los instantes t1 y t2.
La unidad de la energía en el SI (Sistema Internacional) es el Joule (J), sin embargo, también se
expresa en vatios-hora cuando es debida a la potencia activa, y se simboliza por Wh. La ecuación
(13), muestra la relación que existe entre la energía (W) y la potencia activa en el período de
tiempo entre t1 y t2.
Factor de potencia
El factor de potencia (fp) fue definido por Lyon (referenciado por Vásquez, 2011) en 1920, como “la
razón entre la potencia consumida por una carga sobre la potencia más grande que podría absorber
cualquier carga con iguales valores eficaces de tensión y corriente”, es decir, que es un término que
por sí sólo, tácitamente indica el grado de eficiencia con el que funciona un sistema eléctrico. Este
es adimensional y, en el caso de sistemas con ondas de tensión y corriente senoidales, se define
como la relación que existe entre la potencia activa (considerada la que ejecuta la acción o el
trabajo) y la aparente (como el máximo valor de potencia que se suministra al sistema), dada por la
ecuación (14). En caso de la presencia de tensiones y corrientes armónicas, existe un tercer término
de potencia debido a los armónicos, designado con la letra H. En este caso, el factor de potencia
del sistema debe considerarlas y se determina en base a la ecuación (15), donde la potencia activa
está representada por la letra P y la potencia reactiva por la letra Q.
Perturbaciones de las ondas de tensión y corriente
En los sistemas eléctricos, se espera que las formas de onda de tensión y corriente sean senoidales.
Sin embargo, existen perturbaciones que pueden ocasionar la distorsión de las formas de onda.
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Estas perturbaciones han sido clasificadas en la norma IEEE 519 (1999) en siete categorías, las
cuales se listan y definen a continuación:
• Transitorios electromagnéticos: Elevación transitora de las ondas de tensión y/o corriente, de
tiempos muy cortos de duración, apenas de unos µs. Estos se subclasifican en de tipo impluso
atmosférico y de impulso oscilatorio. El primero es unidireccional en su polaridad y causado
principalmente por la propagación de los campos electromagnéticos debidos a las descargas
atmosféricas o rayos. El segundo involucra valores positivos y negativos de polaridad, y es
causado por la apertura y cierre de los interruptores en los sistemas eléctricos. Dentro de sus
principales consecuencias se encuentran el deterioro o falla del aislamiento de los equipos, si su
presencia no fue considerada en el diseño de la instalación y por tanto no se encuentra protegida.
• Variaciones de tensión de corta duración: Elevación o disminución de los niveles de tensión
presentes en la instalación, con un tiempo de duración de unos ciclos hasta un (1) minuto. Se
clasifican en: huecos de tensión, subidas de tensión e interrupciones momentáneas. En los
huecos, ocurre una disminución de la tensión entre el 10 y el 90% de la tensión nominal. En las
subidas, se presenta una elevación por encima del 110% de la tensión nominal. Finalmente, en las
interrupciones moméntaneas la tensión cae por debajo del 10% de la nominal. Sus causas más
generales se deben a la presencia de fallas en los sistemas eléctricos que involucran la operación
automática de las protecciones y a los arranques de grandes cargas. Dentro de sus efectos, se
encuentra las pérdidas en los procesos productivos debido a la mala operación de los equipos
electrónicos dedicados a su control, entre otras.
• Variaciones de tensión de larga duración: a diferencia de la anterior, son elevaciones o
disminuciones de los niveles de tensión presentes en la instalación, con un tiempo de duración
por encima de un (1) minuto. Se clasifican en: subtensiones, sobretensiones o interrupciones
permanentes. En las subtensiones, ocurre una disminución de la tensión entre el 10 y el 90% de
la nominal. En las sobretensiones se presenta una elevación por encima del 110% de la tensión
nominal. Finalmente, en las interrupciones permanentes, la tensión cae por debajo del 10% de
la nominal.
• Desbalance de tensión: desbalance entre las tres (3) tensiones de fase o de línea de un sistema
eléctrico, debido generalmente a una asimetría en su cargas. Generalmente, el desbalance es
limitado a un valor entre el 2 % y el 5 % ya que puede acortar la vida útil de los motores eléctricos.
Adicionalmente, puede elevar la corriente que circula por el conductor neutro, incrementando
las pérdidas de energía.
• Distorsión de la forma de onda de la señal: alteración de la forma, período, frecuencia o
amplitud de la onda de tensión y/o corriente en régimen permanente. La distorsión puede
ser causada por componentes continuas adicionales, armónicos, interarmónicos, ruidos y
muescas. Entre éstas, los armónicos son los que introducen las mayores pérdidas de energía, y
dichas pérdidas se traducen en calor, disminuyendo adicionalmente la vida útil de los equipos
instalados.
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• Fluctuaciones de tensión: Superposición a la señal de 60 Hz de una de menor frecuencia,
alrededor de los 5 Hz, que ocasiona el parpadeo de los bombillos incandescentes. Estas
fluctuaciones pueden ocasionar dolores de cabeza y molestias, por lo cual deben ser limitadas.
• Variaciones de la frecuencia fundamental: La frecuencia del suministro eléctrico en Venezuela
es de 60 Hz, y no se especifican en las normas (NCSDE, 2003) valores permitidos de variación.
Medidas, monitoreo y registro de parámetros eléctricos
Para la medida simultánea de parámetros eléctricos, se utilizan los denominados registradores o
analizadores de redes eléctricas, que son instrumentos con capacidad de medir y almacenar los
valores de las variables que se necesitan para diagnosticar las condiciones de funcionamiento de
las instalaciones eléctricas. Estos instrumentos son equipos programables que miden, calculan y
registran en su memoria interna, los principales parámetros en sistemas monofásicos y trifásicos.
De manera general, los analizadores trifásicos, que son los de mayor uso, poseen cuatro (4)
terminales toroidales (es decir, que se ubican alrededor de los conductores de línea y neutro) para
la medición de la corriente y cuatro (4) terminales independientes para la medición de la tensión,
como se muestra en la Figura 21.
Los parámetros que frecuentemente se registran con un analizador de redes son:
• Tensiónes de fase y tensiones de línea
• Intensidades de corriente de línea y neutro
• Potencia activa, reactiva y aparente
• Factor de potencia
• Energía activa, reactiva y aparente
• Armónicos de corriente y de
tensión
• Presencia de transitorios, huecos
u otro tipo de perturbaciones
Figura 21. Analizador de redes
Fuente: media.fluke.com
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La programación de estos equipos se realiza mediante teclado y sistemas de menu. En la
programación se definen los parámetros a almacenar, el período de almacenamiento, así como
el intervalo de medida. Dependiendo del modelo, disponen de memoria interna para almacenar
datos, la cual varía desde 250 kB hasta varios MB. Para el tratamiento de los datos almacenados,
se suele suministrar un software que permite su descarga a un computador personal para su
posterior lectura y análisis.
Estos equipos son capaces de realizar las mediciones en períodos previamente establecidos por el
usuario, y almacenar durante este período, el valor máximo, mínimo y promedio de las variables
eléctricas prefijadas.
Los analizadores de redes permiten, adicionalmente, visualizar las formas de onda de la tensión
y/o corrientes, tanto fundamental como armónicas.
Tipos de registradores
Los analizadores de redes pueden ser fijos o portátiles. Los fijos son instalados en los tableros de
medición y control; en cuanto a los portátiles, existen dos (2) tipos según el lugar donde se pueden
instalar: para intemperie y para interiores. Los de intemperie son equipos robustos que pueden
ser ubicados en las líneas de distribución de entrada a la instalación y la descarga de datos se
realiza posteriormente a su desinstalación. Los de interiores, adicionalmente poseen una pantalla
gráfica que permite visualizar las mediciones en el sitio, similar a lo que ocurre en un osciloscopio.
Generalmente, su fuente de alimentación es de 120 V, sin embargo, poseen una batería auxiliar
que les permite seguir operando en caso de una interrupción en la fuente de alimentación.
Principales aplicaciones
• Estudio para aplicaciones de filtrado de armónicos
• Estudio energético y de tarifas
• Estudio de consumos de la instalación
• Análisis de la potencia reactiva a compensar
Representación gráfica de:
• Formas de onda y distorsión armónica
• Tasa de distorsión armónica THD %
• Descomposición armónica (hasta el orden 50)
• Valores eficaces de tensión y corriente
Modos y cuidados en la instalación
Una vez identificado el punto de colocación de las pinzas, se debe realizar la conexión sin que
haya tensión en la instalación. Para esto, se debe seccionar la línea y después comprobar con
el multímetro que no hay tensión en las fases. Una vez comprobado, se puede proceder a la
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instalación de las pinzas del analizador de redes, en la posición que indica el fabricante del equipo.
Su incorrecta ubicación va a introducir errores, generalmente de ángulo de fase, en la medición
del instrumento.
La mayoría de los analizadores de redes disponen como tensión máxima de medida 500 V. Sin
embargo, cuentan con una programación de relación de transformación, tanto de tensión como
de corriente, que permite conectar el analizador a un transductor e introducir en la programación
la relación entre las tensiones de entrada y de salida en esta condición.
Error de medición, ajuste y calibración
Para poder realizar mediciones correctamente, los analizadores de redes empleados deben ser
calibrados periódicamente. No existe una norma que recomiende los intervalos de calibración.
Para esto, deben considerarse los siguientes aspectos a la hora de determinar el intervalo:
• Magnitud medida y banda de tolerancia permitida.
• Utilización de los analizadores e instrumentos de control
• Frecuencia de empleo.
• Condiciones ambientales de exposición.
• Estabilidad de la calibración anterior.
• Precisión de medición exigida de los analizadores de redes.
• Disposiciones relativas al sistema de control de calidad en las
empresas que hacen uso de los analizadores de redes.
Esto significa que el período entre dos (2) calibraciones debe
ser fijado y controlado finalmente por el usuario. Algunos
fabricantes dan como recomendación un intervalo de
calibración entre 1 y 3 años.
Ejemplo de aplicación
Medición del factor de potencia
En primer lugar, se conecta el analizador de redes al circuito a
medir. En la Figura 22, se ejemplifica una conexión.
En caso de que resulten valores por debajo de los requisitos a
cumplir, tales resultados permitirán la toma de decisiones en
cuanto a la implementación de medidas para la corrección del
factor de potencia.
La Figura 23, muestra las curvas obtenidas de la medición y
registro del factor de potencia en una instalación industrial
durante un período de 24 horas. Como se puede observar,
60
Figura 22. Conexión y medición de
analizador de redes para determinar factor
de potencia de la instalación
Fuente: media.fluke.com
GUÍA PARA EL MANEJO DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN UTILIZADOS EN LAS AUDITORÍAS ENERGÉTICAS
durante este período el factor de potencia fue variable y en todo instante de tiempo se encontró
por debajo de 0,9, llegando en el peor de los casos a ser inferior a 0,2.
En algunos países, existen marcos normativos que regulan el factor de potencia. Por ejemplo, en
Venezuela existe la Resolución Nº 75 emitida por el Ministerio del Poder Popular para la Energía
Eléctrica (publicada en la Gaceta Oficial N° 39.694 del 13/06/2011), en donde se promueve
la mejora del factor de potencia a un valor igual o superior a 0,9, para aquellos usuarios de los
Sectores Industrial, Comercial y Oficial con cargas superiores a 200 kVA.
Figura 23. Ejemplo del factor de potencia en una instalación industrial
TERMÓGRAFO O CÁMARA TERMOGRÁFICA
En el acápite dedicado al termómetro, se comentó la importancia de la medición y monitorización
de la temperatura para garantizar el confort de las personas. Sin embargo, existen aplicaciones
que se utilizan a nivel industrial, como la termografía, para la detección de puntos calientes (con
temperaturas superiores a las recomendadas para los equipos e instalaciones) y que permiten
garantizar la condición de operación de los equipos, reducir las pérdidas de energía y establecer
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acciones de mantenimiento preventivo. Para realizar la termografía, se utiliza como instrumento
el termógrafo o la cámara termográfica. Esta sección estará dedicada a este punto. Se iniciará
con sub-secciones dedicadas a los puntos calientes, los límites térmicos y la radiación infrarroja,
para posteriormente introducir al lector en los modos de uso del instrumento y sus aplicaciones.
Puntos calientes
Un punto caliente puede definirse como la presencia de un gradiente de temperatura entre
la unión de dos (2) elementos o equipos eléctricos energizados, en la cual se presenta un alto
porcentaje de fricción y activación de los componentes químicos producto del calor. Esto trae
como consecuencia pérdidas de energía por efecto de la disipación, conocidas como efecto Joule.
Adicionalmente, producen interrupciones del suministro eléctrico y posibles daños al conductor
o equipo objeto de conexión.
Dentro de las causas más comunes que producen puntos calientes, se encuentran:
• Aflojamiento entre conexiones.
• Corrosión.
• Defectos internos en el conductor o conectores.
• Sobrecarga
Límites térmicos
Cuando un material aislante opera por encima de sus límites térmicos (recomendados por los
fabricantes), puede ocurrir una ruptura térmica (Torres-Sánchez, 2011) y su falla permanente. Por
ejemplo, en los transformadores de distribución sumergidos en aceite, se tiene como temperatura
máxima del arrollado 110 oC (IEEE Std. C57.91-1995). En la Tabla 12, se muestran los límites
térmicos de los conductores utilizados en sistemas de baja tensión.
Tabla 12. Límites térmicos de los conductores de baja tensión dados por el tipo de aislamiento
TIPO DE
AISLAMIENTO
SIGLAS
LÍMITE TÉRMICO EN
SERVICIO PERMANENTE
(°C)
Polietileno reticulado
XLPE
90
Etileno propileno
EPR
90
Policloruro de vinilo
PVC
70
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La radiación infraroja y la termografía
La radiación infrarroja (IR) emitida a través de la superficie de un cuerpo, contiene información
característica de la materia que lo compone y de sus propiedades. El uso de esta información
mediante un sistema de adquisición y tratamiento apropiado, permite conocer y controlar ciertos
parámetros de difícil medida.
Las aplicaciones de la radiación infrarroja para conocer la temperatura o su diferencia entre
diferentes puntos, se consigue conociendo la radiación (cantidad y longitud de onda) que emite
un cuerpo, considerando la posición relativa entre cuerpos de diferentes temperaturas y las
propiedades de la superficie de los cuerpos.
El uso de las imágenes térmicas se ha convertido en una de las herramientas más valiosas de
diagnóstico para el mantenimiento preventivo en instalaciones eléctricas. Esta herramienta es
una técnica de no contacto para generar imágenes infrarrojas o fotografías del “calor” que emiten
los objetos, en las cuales se puede medir su temperatura. Al detectar anomalías, que son invisibles
al ojo humano, permite tomar acciones correctivas antes de que ocurran fallas en los sistemas y
equipos.
Los sistemas infrarrojos portátiles pueden
inspeccionar equipos y estructuras y convertir
instantáneamente la radiación térmica en
mapas térmicos visibles, que pueden ser
desplegados en equipos de video para
poder realizar un análisis cuantitativo de la
temperatura.
La termografía por radiación infrarroja como
herramienta para usos no militares, comienza
a utilizarse en la década de los 60. Desde
entonces, su desarrollo tanto en la tecnología
como en tipos de equipos y aplicaciones de la
técnica, se ha incrementado.
La historia de la termografía se remonta a 1800,
cuando Sir William Herschel estaba buscando
un filtro óptico para su telescopio. Observa
que ciertos cristales coloreados dejaban pasar
más calor solar que otros. Decide hacer un
estudio más detallado de este fenómeno, y
procede a medir la temperatura de los diversos
haces de colores en que se descompone la
luz al atravesar un prisma de Newton. Pudo
comprobar que la temperatura iba creciendo
desde el violeta hasta el rojo, pero la mayor
Figura 24. Termógrafo
Fuente: www.pce-instruments.com
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GUÍA PARA EL MANEJO DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN UTILIZADOS EN LAS AUDITORÍAS ENERGÉTICAS
temperatura se registraba en una zona oscura, fuera del haz visible, más allá del color rojo. Esto
fue el inicio de futuras investigaciones en esta parte del espectro electromagnético: la radiación
infrarroja, originalmente llamada “calor oscuro”. Al ser el espectro electromagnético continuo,
su división en las distintas regiones depende, por ejemplo, del rango de los detectores que se
conocen o de los usos, ya que el espectro en sí es continuo.
La región del espectro electromagnético conocida como radiación infrarroja, está comprendida
entre los 0,7 y 1000 µm de longitud de onda, aproximadamente. La radiación infrarroja viaja a
través del espacio a la velocidad de la luz (300.000 km/s) y esta radiación puede ser reflejada,
refractada, absorbida y emitida. Los cuerpos radian energía en función directamente proporcional
a su temperatura. Esta radiación es generada por la vibración y rotación propia de los átomos y
moléculas que componen un material.
La termografía puede rápidamente localizar puntos calientes, determinar la severidad del
problema y ayudar a establecer el período de tiempo dentro del cual la reparación puede
realizarse. Es útil cuando se inspeccionan componentes en interiores tales como centros de
control de motores, tableros de interruptores, interruptores de desconexión y transformadores.
Adicionalmente, componentes en exteriores como subestaciones, mecanismos de desconexión,
transformadores e interruptores de intemperie pueden inspeccionarse rápida y eficientemente.
En las Figuras 24 y 25, se muestran un termógrafo y una imagen térmica que presenta problemas
de puntos calientes, respectivamente.
Figura 25. Imagen térmica
Fuente: www.tecnotrol.com
Un beneficio adicional de la termografía, es que consiste en una técnica que permite realizar
las inspecciones mientras los equipos se encuentran operando con carga. Como se trata de un
método de diagnóstico de no contacto, se puede rápidamente inspeccionar una pieza de equipo
desde una distancia segura, sin poner nunca en peligro la integridad física.
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Modos de uso y aplicación de la cámara termográfica
La cámara termográfica produce imágenes de televisión en vivo del calor radiado en forma de
energía y permite ver la condición térmica de todo. Adicionalmente, puede calcular y desplegar
temperaturas debido a que la radiación térmica es una función de la temperatura de superficie de
los objetos.
Los pasos para utilizar la cámara son:
• Presione el botón para automáticamente obtener la mejor imagen en el visor, generalmente este
es de color rojo. Cuando el botón se presiona, se realiza una calibración automática.
• Ajuste el enfoque del visor para obtener el mejor plano para los ojos. Se requiere girar el aro de
ajuste hasta que las letras de la imagen sean lo más claras.
• Presione el botón para activar la función de auto-ajuste para obtener una buena imagen en el
visor.
• Ajuste el enfoque de la lente de la cámara moviendo la palanca hacia arriba o hacia abajo.
Se presentará en la pantalla una escala de color/ temperatura que muestra la relación entre los
colores en la imagen y la temperatura aproximada.
Entre las funciones de la cámara termográfica, se tienen las siguientes:
• Permite congelar imágenes para un diagnóstico en el sitio.
• Permite almacenar imágenes (y generalmente audio) para el análisis y comparación posterior.
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