Pinza aperimétrica

 La pinza amperimétrica  es un sensor que forma parte de un aparato de mediciones múltiples, es utilizada para medir corriente en un punto de un sistema eléctrico sin desconectarlo.

Pinza aperimétrica

El término multímetro hace alusión a que el instrumento, con el que se pueden medir diversas variables eléctricas, como el voltaje, la continuidad, la resistencia y la corriente.

Multímetros eléctricos

Aunque la pinza es solo un sensor de un multímetro, de forma técnica en México, a todo el aparato de medición, simplemente lo llamamos “amperímetro de gancho”.

Los primeros amperímetro gancho se diseñaron para mide corriente alterna, detectando la intensidad del campo magnético de un conductor por el que circula corriente, sin interrumpir el circuito.

Medición con pinza aperimétrica

Para tomar lectura, la pinza se puede abrir y cerrar, para que solo un conductor quede dentro de la pinza.

La medición correcta de corriente, implica que selector este en función de corriente, además de identificar un conductor activo de un circuito, y que las mordazas del amperímetro estén bien colocadas y cerradas.

Medición con pinza aperimétrica

Tomando en cuenta que la corriente suministrada es igual a la del retorno, la lectura se toma en un solo cable.

Actualmente hay 3 tipos de pinzas amperimétricas:

1.   con transformador de corriente, mide solo corriente alterna (C.A.)

2.   de efecto Hall, mide corriente alterna o corriente continua (C.A. ó C.C.)

3.   con bobina Rogowski , mide solo corriente alterna (C.A.)

Pinza amperimétrica giratoria ACD-23SW

marca Amprobe

La pinza amprimétrica se utiliza para medir corriente, de forma segura y cómoda, lo hace  detectado un campo por inducción de un solo conductor activo, sin desconectar un circuito, ni causar pérdida de  su energía.

El amperímetro de gancho es un instrumento de gran importancia en el mantenimiento eléctrico, combina un multímetro basico con un sensor de corrriente, ha evolucionado incorporando, nuevos atributos que abordaremos en esta serie que hoy iniciamos.

Centro Mexicano Francés del Conalep, en Gómez Palacio, Durango

Por cierto “Amprobe inventó la primera pinza amperimétrica en 1948”

La corriente de fuga relacionada con la seguridad en instalaciones de atención médica

 La corriente de fuga relacionada con la seguridad en instalaciones de atención médica tiene importancia vital, con estrictas regulaciones, con el fin de mantenerla a un nivel seguro para el ser humano.

La corriente de fuga relacionada con la seguridad en instalaciones de atención médica

La corriente de fuga no se puede evitar, no es funcional y sigue caminos no diseñados para ella, está presente en circuitos de corriente alterna y corriente directa.

Los equipos electromédicos trabajan con electricidad, y necesariamente entran en contacto con el paciente.

los profesionales encargados de las instalaciones y equipos médicos, deben conocer los límites específicos de la corriente de fuga, a fin de mantenerla y controlarla.

Corriente de fuga por equipo electromédico

El artículo 517, de la norma mexicana, NOM-001-SEDE 2012, de instalaciones eléctricas, señala los requisitos, en las “Instalaciones en establecimiento de atención de la salud”.

Tiene base y concordancia con otras normas internacionales como la estadunidense (NFPA)  The National Fire Protection  Association.

Las normas norteamericanas recogen recomendaciones de buenas prácticas del instituto de ingenieros eléctricos y electrónicos IEEE, como las publicadas en su libro blanco, que contiene el estándar 602-1996 de prácticas recomendadas en sistemas eléctricos en instalaciones de salud.

Regulaciones en establecimientos de atención a la salud

La norma mexicana en el 517-160 .7.b  habla del uso de “sistemas eléctricos aislados”, en el que se debe monitorear el aislamiento de línea. Señala que un monitor no debe alarmarse para valores menores a 3.7 miliamperes de corriente peligrosa de falla, pero debe señalar con una lámpara roja y una señal audible valores cercanos a 5 miliamperes.

La norma estadunidense NFPA 99-1996, en su tabla 6-3 establece los límites de corriente de fuga en equipos portátiles, dada la cercanía al paciente los límites de corriente de fuga son mas pequeños.

Límites máximos de corriente de fuga segura

Para los que no estamos familiarizados con estos valores tan bajos de corriente de microamperes μA .  (1 amper es igual a 0.000001 micromperes),  1μ = 1 millonésima .

La intensidad de la corriente y su duración determinan el efecto y lesiones, debido al paso de la corriente por el cuerpo humano.

La oposición que presenta el cuerpo es medida en ohmios (Ω), y no es igual para cada cuerpo, sin embargo, las condiciones del paciente pueden ser de alta humedad. 

Factores de resistencia del cuerpo humano

Las fuentes de alimentación de los equipos electromédicos, se diseñan con el fin de salvaguardar vidas con regulaciones muy estrictas, con límites de tensión e impedancia, aplicando estudios basados en los efectos fisiológicos de la corriente en el ser humano.

“La máxima corriente de fuga de tierra y caja del equipo de atención al paciente en los EE.UU. es de 300 μA.”

Agradezco al Ingeniero Francisco González Martínez, líder de mantenimiento del sanatorio San José, de Gómez Palacio, Durango. Por sus aportaciones en este artículo.

Medición de la corriente de fuga

 En la medición de la corriente de fuga, de forma rápida y precisa, se utiliza “una pinza amperimétrica para medir corrientes de fuga”.

Medición de la corriente de fuga

La corriente de fuga (If) no es funcional, se origina entre conductores energizados y los objetos conectados a tierra, debido al efecto capacitivo, y a que también se escapa a través del aislante del conductor a tierra.

Corriente de fuga en líneas de conducción 

La pinza amperimétrica para medir corriente de fuga tiene apariencia similar al amperímetro de gancho, empleado para medir la corriente de carga.

La diferencia es que un amperímetro de gancho para medir corrientes de carga, no registra corrientes pequeñas, inferiores a 5 miliAmperes.

Tipos de pinzas amperimétricas

Para tomar lectura, las mordazas queden alrededor de los dos conductores activos, para detectar tanto la corriente de ida como de retorno, la medición corresponde a la corriente diferencial existente entre estos dos.

Identificación de conductores activos 

La medición correcta de corriente de fuga, implica identificar los conductores activos de un circuito, y que las mordazas del amperímetro estén bien colocadas y cerradas.

El amperímetro se coloca en el centro de control y distribución de energía, cerca del interruptor de protección, contrario a cuando medimos corriente de carga, que colocamos el amperímetro cerca de la carga (ejemplo prácticamente en el motor).

Instalación de amperímetro de corriente de fuga

En a) mide la corriente diferencial entre Línea y Neutro, en b) la corriente diferencial entre línea L1 y la línea L2, en c) para lectura de con cargas trifásicas equilibradas por fase (idénticas como en motores trifásicos), como en los casos anteriores, los campos magnéticos que producen la corriente de carga se anulan, (dando como resultado cero o muy cercano a cero), esto sucede si no hay corrientes de fuga.

d) cualquier diferencia de corriente puede ser considerada que se fuga a tierra por el conductor a tierra, ya que es el camino diseñado para ella.

Corriente de fuga por camino alternativo

Sin embargo, la corriente de fuga puede seguir caminos alternativos, como puede ser la estructura metálica de la distribución o de un aparato, esto puede ocurrir ante una falla de conexión a tierra.

La corriente de fuga no se puede evitar, siempre está presente tanto en circuitos de corriente alterna como de corriente directa, a fin de mantenerla a niveles seguros y económicos, es importante saber medir la corriente de fuga.

Corriente eléctrica de fuga

 La corriente de fuga se origina entre conductores energizados y los objetos conectados a tierra, debido al efecto capacitivo, y a que también se escapa a través del aislante del conductor a tierra.

Corriente de fuga

En equipos con funcionamiento normal, hay una pequeñísima corriente del orden de (µ Amp.) microamperios, que sigue caminos no diseñados para ella, así es la corriente de fuga se escapa sin pasar por la carga.

Está presente en todo circuito alimentado con energía eléctrica.

Es de cantidad tan pequeñita que no representar un peligro, y muy pocas veces afectan el funcionamiento, por esta razón suele no medirse.

Fugas de corriente

La cercanía de los elementos de conducción de la energía eléctrica propicia 2 efectos naturales, el acoplamiento capacitivo y el flujo de corriente por el aislante del conductor.

Efectivamente, una pequeñita cantidad de corriente decide tomar el camino más difícil, desde el conductor vivo viajan por la alta resistencia de su aislante y llegar a tierra.

Corriente de fuga en instalación eléctrica

La corriente de fuga toma relevancia principalmente cuando su presencia compromete la vida en las instalaciones del sector salud, y cuando se analiza el ahorro de energía y sus pérdidas económicas.

Si no se mide y se controla una empresa puede estar desperdiciando cantidades importantes de dinero o incumpliendo regulaciones.

La Norma Oficial Mexicana “NOM – 001 SEDE -2012” en su artículo 517 de Instalaciones de atención a la salud, establece directrices que involucran a la corriente de fuga en dichas instalaciones.

Pinza amperimétrica de fuga Fluke 369 FC

Para conocer el valor de la corriente de fuga, es necesario el uso y el manejo de aparatos de medición de calidad, diseñados para obtener lecturas verdaderas.

No es nada más adquirir y utilizar un aparato capaz de medir corrientes de fuga, el respaldo de la marca es relevante.

Clasificación de aparatos electrodomésticos

 La clasificación de aparatos electrodomésticos  es señalada  en las regulaciones eléctricas, es de conformidad internacional y con referencia a su  segunda capa de protección.

Clasificación de  aparatos electrodomésticos

La Norma Oficial Mexicana NOM -001 señala en concordancia con otras regulaciones, las características y requisitos  de seguridad en los aparatos electrodomésticos.

 De allí surgen principalmente 2 tipos de aparatos:

.- Los aparatos de clase 1, tienen  cubierta metálica, y llevan conexión a tierra,  y  se conectan al tomacorriente con clavija de tres pines.

.- Los aparatos de clase 2,  tienen cubiertas de plástico, y se conectan  al tomacorriente con clavija de 2 pines.

Primer capa de protección

La primera capa de protección es común en ambas clases, es el aislamiento de partes conductoras del circuito.

Su función es que el usuario no forme parte del circuito,  y reciba  una descarga eléctrica.

 Ejemplos  de esta primera capa, es el foro de los conductores y el encintado de conexiones eléctricas. 

Segunda capa de protección

La segunda capa de protección la forma la cubierta del aparato.

Puede ser fabricada de un material no conductor como el plástico.

Ejemplos de esta clase son, aparatos como el  televisor y el cargador de teléfonos celulares.

Protección con “puesta a tierra”

Otros aparatos tienen cubierta  metálica,  si falla el primer aislamiento, está cubierta forma parte de un camino de descarga, llamado puesta a tierra.

Ejemplos de esta clase son, aparatos como el  refrigerador  y la lavadora de ropa.

Clasificación de  aparatos electrodomésticos y su símbolo

En resumen.

Hoy tenemos 2 tipos principales de aparatos domésticos, los que utilizan clavija de tres pines son llamados de clase 1 y los que utilizan clavija de 2 pines  denominados de clase2.

La clasificación tiene concordancia con las regulaciones internacionales, y existe un símbolo distintivo para cada clase.

Categorías de seguridad CAT en aparatos de medición

 Las categorías de seguridad CAT en los aparatos de medición, de la International Electrotechnical Commissión (IEC),  son utilizadas como referencia para elegir un medidor adecuado  al trabajo.

Categorías de seguridad CAT en aparatos de medición

Esta  clasificación es un requisito de conformidad de la comunidad europea, y nos indica la capacidad de un aparato de medición, para soportar picos de voltaje, sin representar un peligro para el usuario.

Los electricistas utilizamos aparatos de medición para identificar, probar y medir circuitos, la mayoría de las veces con tensiones, que tenemos idea de su magnitud.

Verificación de tensión con  aparatos de medición

Sin embargo se pueden presentar sobretensiones transitorias inesperadas, originadas por fenómenos naturales como descargas atmosféricas (rayos), o fallas en la alimentación, en equipo o en instalaciones  (transformadores o líneas).

La categoría CAT es un método de clasificación de seguridad, que toma en cuenta las sobretensiones transitorias eventuales.  

Categorías de sobretensión

La norma CEI 61010-1 establece cuatro categorías de sobretensión (CAT I, CAT II, CAT III y CAT IV),  por seguridad la norma relaciona  tensiones superiores a las nominales (tensiones de trabajo, 150, 300, 600 y 1000 Voltios) y sus niveles CAT de sobretensión.

Las tensiones de trabajo y  CAT (categorías de sobretensión)  tienen correspondencia con ambientes laborales. 

Señalización CAT en instrumentos de medición

CAT I; es para uso electrónico, es para medir equipos no conectados directamente a la red.

CAT II; es para uso domestico y comercial, para medir tomacorrientes y herramientas portátiles.

CAT III;  es para uso comercial e industrial,  para medir  en tableros de control de iluminación, motores eléctricos y control maquinaria.

CAT IV;  es para profesionales que  miden la alimentación y líneas aéreas exteriores, por ejemplo en el servicio públicos de alumbrado.

Pila descargada en el milímetro digital

 La pila descargada en el milímetro digital, nos dará lecturas erróneas, como  un voltaje muy alto, haciéndonos imaginar problemas inexistentes.

Pila descargada en el milímetro digital

La pila es un dispositivo que convierte la energía química en energía eléctrica.

El termino pila se denomina “a un conjunto de cosas dispuestas una sobre otra a modo de pilar o columna”, característica de la pila eléctrica del italiano Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta, por cierto ya no se fabrican así, pero heredo su nombre hasta la actualidad.

La “pila” de un milímetro suele ser una pila “cuadrada” de 9  voltios,  al interior de cada pila, hay 6 pequeñas pilas conectadas en batería, (en serie), por lo que  es correcto llamarla batería, en México es más común llamar batería a la del automóvil.

Indicador de Pila descargada en el milímetro digital

Los milímetros digitales tienen una pantalla donde nos señala en primer orden, cuando una pila (batería) está agotada.

La lectura “BAT”, nos indica que ya no tiene el nivel, para realizar su trabajo.

Al interior la alimentación de circuitos y su referencia no son los correctos.

Lecturas incorrectas por pila descargada en el milímetro digital

Las lecturas son muy altas e incorrectas, podríamos vernos como principiantes en la materia, culpando injustamente a la compañía suministradora de energía (en México a la Comisión Federal de Electricidad).

La  tensión es la correcta, nuestro problema está al interior de nuestro milímetro.

Tal vez tengan curiosidad de conocer que tan baja estaba la pila, 7 voltios y la lectura real en el tomacorriente, una vez cambiada la pila nos dio de lectura 127 voltios. 

Tecnologías en el calentador solar de agua de nueva generación

 Las 2 tecnologías en el calentador solar de agua de nueva generación, que lo hacen eficiente en climas fríos, son el tubo de vacío y el tubo de calor.

Tecnologías en el calentador solar de agua de nueva generación

Se dice que ambas tecnología son  utilizadas en la estación espacial internacional, y que la gran demanda hizo que fueran costeables.

1.- El tubo de vacío

Se fabrican de vidrio de borosilicato, que es trasparente y sin poros, y tienen alta resistencia térmica, mecánica y química.

Su objetivo es el mismo que el de un “termo”, mantener la temperatura interior, utilizando el vacío que es considerado el mejor aislante térmico.

Tubos al vacío 

Compuesto por un tubo exterior y suspendido dentro de él otro de menor diámetro, y el aire entre ambos se elimina.

El tubo exterior permitir el paso de la luz solar permanece en temperatura ambiente, en  el tubo interior se calienta un circuito primario (el tubo de calor).

Calentador solar de agua con tubos al vacío de exhibición

El  exterior del tubo interno tiene un recubrimiento de “pintura selectiva”, que absorbe y trasfiere el calor del sol, suele contener cobre, aluminio y aluminio/nitrógeno, que le da un color azul oscuro.

En la parte inferior del tubo tiene una capa de metálica de bario, es un indicador de vacío, si se vuelve blanca el vacío se perdió y se requiere su remplazo.

Tubo de vacío con tubo de calor

2.- El tubo de calor (heat pipe en inglés).

Se introduce dentro del tubo de vacío, su función es absorber el calor rápidamente y subirlo al tanque de almacenamiento del calentador.

Es un tubo de cobre hueco y sellado,  previamente también se le hizo vacío y se le agrego un líquido llamado “fluido de trabajo”, que hierve alrededor de 30 grados centígrados.

Transmisión de calor en calentador solar con tubos de vacío con tubo de calor

Los rayos del sol calientan el fluido de trabajo, rápidamente se evapora suben hasta llegar al bulbo condensador, que está en contacto con el agua en el tanque de almacenamiento

El vapor trasfiere su energía y vuelve a su estado líquido, repitiéndose el circuito primario del calentamiento. 

Calentador Solar de Tubo al Vacío tipo Heat Pipe

El fluido de trabajo es un glicol, los glicoles es un grupo de ingredientes de compuestos químicos, utilizado en anticongelantes,   y en refrigerantes para trasferir  calor en equipos de refrigeración o de calefacción.

Colector solar con tubos al vacío con tecnología heat pipe

 El colector solar con tubos al vacío con tecnología heat pipe, es un captador térmico de nueva generación, en el interior de los tubos de vacío y a todo lo largo, se le incorpora un tubo de calor.

Colector solar con tubos al vacío con tecnología heat pipe

Un tubo de calor (heat pipe) tienen capacidad de transferir de un lugar a otro el calor rápidamente, utilizando el fenómeno llamado “calor latente”.

El calor latente es la energía que hace que una cantidad de sustancia cambie su estado.

 Por  ejemplos, tenemos el calor latente de vaporización y el calor latente de fusión, en el primero hace que cierta sustancia  cambie de líquido a vapor,  y en el segundo de sólido pasa a líquido.

Heat pipe Vacuum Tube

El tubo de calor es metálico (cobre) y esta sellado en sus extremos, en su interior se le crea un vacío para facilitar trasmisión del calor,  además se le agrega un líquido llamado “fluido de trabajo”.

El fluido de trabajo está compuesto por “una pequeña cantidad de agua purificada y aditivos especiales”, las condiciones de vacío y las características del fluido de trabajo permiten que su punto de ebullición sea entre 25 y 30 grados centígrados.

Transferencia de calor por fluido de trabajo

Es un sistema pasivo bifásico, un sistema pasivo utiliza el calentamiento solar para la circulación del fluido de trabajo,  fenómeno descrito en Sistema de calentamiento solar de agua por termosifón. Y trabaja con 2 fases la vaporización y la condensación.

Transferencia de calor al agua del tanque de almacenamiento 

El tubo de calor tiene su parte superior más gruesa, es su condensador, donde de vapor pasa a líquido.

El condensador se ensambla en el  “cabezal intercambiador de calor” (header manifold) del tanque de almacenamiento del calentador solar de agua.

Centro Mexicano Francés del conalep en Gómez Palacio, Durango