mediciones

1. “Medición de Potencia y Energía
Eléctrica”
República Bolivariana de Venezuela
Universidad Fermín Toro
Sede Cabudare
Facultad de Ingeniería
Santiago Him

2. Medición de energía eléctrica: es la técnica para determinar el consumo de energía eléctrica en un
circuito o servicio eléctrico. La medición de la energía eléctrica es una tarea del proceso de
distribución eléctrica y permite calcular el costo de la energía consumida con fines domésticos y
comerciales.
La medición eléctrica comercial se lleva a cabo mediante el uso de un medidor de consumo
eléctrico o contador eléctrico. Los parámetros que se miden en una instalación generalmente son
el consumo en kilovatios-hora o kilowatt-hora, la demanda máxima, la demanda base, la demanda
intermedia, la demanda pico, el factor de potencia y en casos especiales la aportación de ruido
eléctrico o componentes armónicos a la red de la instalación o servicio medido
Funcionamiento El medidor electromecánico utiliza dos juegos de bobinas que producen campos
magnéticos; estos campos actúan sobre un disco conductor magnético en donde se producen
corrientes parásitas. La acción de las corrientes parásitas producidas por las bobinas de corriente
sobre el campo magnético de las bobinas de voltaje y la acción de las corrientes parásitas
producidas por las bobinas de voltaje sobre el campo magnético de las bobinas de corriente dan un
resultado vectorial tal, que produce un par de giro sobre el disco. El par de giro es proporcional a
la potencia consumida por el circuito. El disco está soportado por campos magnéticos y soportes
de rubí para disminuir la fricción, un sistema de engranes transmite el movimiento del disco a las
agujas que cuentan el número de vueltas del medidor. A mayor potencia más rápido gira el disco,
acumulando más giros conforme pasa el tiempo

3. Las tensiones máximas que soportan los medidores eléctricos: los medidores electricos
aproximadamente 600 Voltios y las corrientes máximas pueden ser de hasta 200 amperios. Cuando
las tensiones y las corrientes exceden estos límites se requieren transformadores de medición de
tensión y de corriente. Se utilizan factores de conversión para calcular el consumo en dichos
casos. También es importante indicar que existe una bobina de sombra que es una chapita la cual
esta cortocircuitada. Dicha bobina posee una resistencia despreciable y por ende en esta se
generará una corriente muy importante, la cual al estar sometida a un campo generara un par
motor que eliminara el coeficiente de rozamiento de los engranajes. El medidor comenzara a
funcionar con el 1 % de la carga y entre un factor de potencia 0,5 en adelanto y atraso
Clasificación de los medidores de energía: Los medidores de energía eléctrica, o contadores,
utilizados para realizar el control del consumo, pueden clasificarse en tres grupos: 1-Medidores
electromecánicos: o medidores de inducción, compuesto por un conversor electromecánico
(básicamente un vatímetro con su sistema móvil de giro libre) que actúa sobre un disco, cuya
velocidad de giro es proporcional a la potencia demandada, provisto de un dispositivo integrador.
2-Medidores electromecánicos con registrador electrónico: el disco giratorio del medidor de
inducción se configura para generar un tren de pulsos (un valor determinado por cada rotación del
disco, p.e. 5 pulsos) mediante un captador óptico que sensa marcas grabadas en su cara superior.
Estos pulsos son procesados por un sistema digital el cual calcula y registra valores de energía y
de demanda. El medidor y el registrador pueden estar alojados en la misma unidad o en módulos
separados.

4.  Las partes más destacadas son:
 1. Bobina voltimétrica. De hilo fino y de muchas vueltas, conectada en paralelo con la carga.
 2. Bobina amperimétrica. De hilo grueso, conectada en serie con la carga.
 3. Estator. Confina y concentra el campo magnético.
 4. Rotor. Disco de aluminio.
 5. Freno magnético del rotor.
 6. Eje con tornillo sinfín.
 7. Relojes contadores.
 El funcionamiento del contador es el siguiente:
 Las bobinas de tensión e intensidad generan un flujo magnético debido al paso de la corriente que alimenta a la
carga y ese flujo magnético genera en el disco unas corrientes de Foucault. Estas corrientes generan a su vez un flujo
magnético en el disco, que por definición es opuesto a la causa que lo origina, provocando el giro del disco.
 Cuando el disco comienza a girar, y para evitar que se envale, se dispone de un freno magnético que estabiliza su
velocidad de rotación. Las vueltas que da el disco se transmiten al eje, y éste a su vez las transmite a un sistema de
engranejes donde quedan registradas en un sistema contador totalizador.
 Así pues, las vueltas que da el disco son proporcionales al campo magnético que en él se induce, que a su vez
depende de la intensidad y tensión que consume la carga.

5. Esquema interno de un vatímetro.
Conexionado de los bornes de un contador monofásico
Conexionado de contador monofásico con
transformador de intensidad
Contador monofásico para lectura de energía activa en red
trifásica equilibrada

7.  El vatímetro
. El vatímetro es un dispositivo de medida de tipo electrodinámico y su constitución y
funcionamiento es similar al del amperímetro o voltímetro.
Internamente está formado por dos bobinas, una fija y otra móvil. La fija es de hilo grueso y la
móvil de hilo fino. La bobina fija es recorrida por la corriente del circuito, por eso la llamamos
amperimétrica y la móvil es de hilo fino y mide la tensión, por lo que la llamaremos voltimétrica.
Para que esta bobina sea recorrida por una corriente muy pequeña, se puede conectar una
resistencia en serie con ella.
Esquema interno de un vatímetro electrodinámico.
Así pues, haciendo que la bobina fija sea atravesada por la corriente del circuito a medir y que la
corriente de la bobina móvil sea proporcional a la tensión de dicho circuito, el ángulo de giro de la
bobina será proporcional al producto de ambas y por lo tanto a la potencia consumida por el
circuito.
Medidores de Energía Digitales y Analógicos

8. Esquema de conexión de un vatímetro electrodinámico.
Por lo tanto, si conectamos un vatímetro a la carga del circuito anterior el esquema de conexión será
como se indica en la imagen.
Conexión de un vatímetro en un circuito de corriente continua.

9.  Potencia en corriente alterna monofásica
 En el supuesto de que el circuito estuviera formado por elementos resistivos puros,
procederíamos igual que si se tratara de un circuito de corriente continua. Para los casos en que
nuestro circuito esté constituido por impedancias Z, no es suficiente con conocer la tensión y la
intensidad, pues como bien sabemos a estas alturas del curso existe un desfase entre ambas y la
potencia depende de él.
 Potencia activa
 El uso del vatímetro es similar al ya explicado en el apartado de corriente continua, la única diferencia
está en que ahora el circuito es alimentado con corriente alterna. En este caso, la aguja se desviará un
ángulo α de forma proporcional al producto V•I y por cosφ, siendo φ el desfase entre V e I
Medición de potencia activa monofásica.

10. Es interesante destacar el concepto de alcance del vatímetro y que no es más que el producto de la tensión máxima
que puede medir por la máxima intensidad que puede recorrer la bobina amperimétrica en el supuesto de que
tengamos una carga resistiva (cosφ=1). Así, si el alcance de tensión de nuestro vatímetro es de 400 V y el de
intensidad es de 15 A, el alcance del vatímetro será 400•15 = 6000 W.
Por lo general los vatímetros tienen varias escalas de tensión o de intensidad y en ese caso habrá que tener en cuenta
la constante de escala en función de las divisiones de que consten.
Vatímetro de dos alcances de tensión.
 Potencia reactiva
 Hemos visto hasta ahora que en un vatímetro la desviación de la aguja es proporcional al producto de V•I y por el
coseno de su desfase φ.
 Si queremos medir la potencia reactiva debemos conseguir que la desviación de la aguja α (alfa), sea proporcional
al seno del desfase, o lo que es lo mismo al coseno de 90-φ.
 Existen varias maneras de conseguir esto, para ello lo que se hace es colocar en paralelo y serie con la bobina
voltimétrica impedancias calibradas. La imagen inferior muestra el esquema interno de un varímetro o también
llamado vatímetro inductivo, este es el nombre que recibe el aparato, pues lo que mide es la potencia reactiva, al
quedar el circuito voltimétrico desfasado 90º con
respecto a la corriente.

11. Varímetro o vatímetro inductivo.
Potencia aparente
Si lo que queremos es medir la potencia aparente, entonces debemos recurrir a un montaje como el indicado en la figura:
Medición de las tres potencias.
El vatímetro W nos dará la potencia activa P, el voltímetro y amperímetro nos darán la potencia aparente S y a partir de
estos datos, y de forma indirecta, podremos obtener la potencia reactiva Q tal y como se indica en las expresiones de
más abajo.

12. Potencia en corriente alterna trifásica
Cuando un receptor es alimentado por una corriente alterna trifásica, éste absorbe una potencia que es la
suma de las potencias de cada una de las fases.
Representación vectorial de un sistema trifásico.
A la hora de proceder, deberemos tener en cuenta si el sistematrifásicose encuentra equilibrado o no;
esto es, si las tensiones V, intensidades I y desfases φ son iguales para cada fase, o por el contrario no lo
son.
Por otro lado, habrá que observar si el sistema trifásico dispone de línea de neutro o no para actuar
correctamente.

13. Potencia en sistemas equilibrados
Vamos a suponer en primer lugar que nuestro sistema trifásico está equilibrado; siendo así, bastará con
disponer de un único vatímetro para obtener la potencia del circuito.
• Medición de la potencia activa: si nuestra red dispone de neutro, dispondremos el vatímetro
como se indica en la figura:
Sistema trifásico equilibrado con neutro.
 Una vez tomada la potencia activa P del vatímetro bastará una simple operación para conocer la
potencia del sistema:
 Si el sistema trifásico no dispone de neutro, en ese caso deberemos configurar un neutro artificial, para
lo cual necesitaremos disponer de dos resistencias cuyo valor resistivo sea igual a la resistencia de la
bobina voltimétrica de nuestro vatímetro.
Sistema trifásico equilibrado sin neutro

14. Conexión de un vatímetro en red trifásica, equilibrada sin neutro.
•Medición de la potencia reactiva: puesto que se trata de sistemas equilibrados podemos obtener la potencia reactiva
utilizando un solo vatímetro conectándolo como se indica en la imagen.
Medición de la potencia reactiva en red trifásica, equilibrada.
Para medir la potencia en sistemas desequilibrados es necesario conocer cada una de las intensidades y tensiones y
para ello se pueden utilizar tres vatímetros tal y como se muestra en la imagen.
En este caso, nuestro sistema trifásico dispone de neutro y la potencia total será:
P = P1 + P2 + P3
.
 Método de los tres vatímetros.

15. En el supuesto de no contar con neutro se puede formar uno artificial conectando las bobinas
voltimétricas de los tres vatímetros, siempre que las resistencias de las tres bobinas sean iguales.
 Método de los tres vatímetros sin neutro.
En la práctica, cuando el sistema trifásico carece de neutro no se utiliza el método de los tres vatímetros
sino que se recurre al método de Aron, que solamente utiliza dos vatímetros. Este sistema es válido tanto
para sistemas equilibrados como desequilibrados.
Si realizamos la conexión de los vatímetros tal y como se indica en la imagen inferior:
Conexión Aron en sistema desequilibrado.