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PROYECTO FINAL
“REALIZACION DE UN SISTEMA DE MEDICIÓN DE POTENCIA PARA
UNIDADES DE ELECTROCIRUGÍA”
PROFESOR: DONACIANO JIMÉNEZ VÁZQUEZ
ALUMNO: BEATRIZ FLORES PEREZ
MAYO 2008
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A mis padres por todo su amor y sacrificio.
A ti paparrin que sin tu necedad no lo hubiera logrado, no te dejes vencer,
ahora te toca a ti.
A ti corazón por todo tu amor, apoyo y paciencia.
A usted profesor Donaciano por compartir un mucho de todos sus
conocimientos y siempre su buen humor.
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INDICE 1.- INTRODUCCIÓN 5
1.1 Cálculo de la potencia de cargas reactivas (inductivas) 5
1.2 Calculo de la potencia de una carga activa (resistiva) 6
1.2.1 Submúltiplos 6
2.- ANTECEDENTES 7
3.- DESCRIPCIÓN DE LAS ETAPAS DEL MEDIDOR DE POTENCIA 8
3.1 Instrumento (Unidad de Electro-Cirugía) 8 3.2 Resistencia de Carga 8
3.3 Atenuador 8
3.4 Convertidor de AC a DC 9
3.5 Convertidor A / D y Despliegue 10
3.5.1 - Fase uno de la conversión de doble pendiente 11
3.5.2- Fase dos del método de doble pendiente 11
3.5.3- Fase tres 11
4.- JUSTIFICACIÓN 12
4.1 ¿Por qué la construcción de un medidor de potencia? 12
5.- PLAN DE TRABAJO 13
4
6.- HIPÓTESIS 14
7.- OBJETIVOS 14
7.1 Objetivo general 14
7.2 Objetivos particulares 14
8.- DESARROLLO 14
9.- CIRCUITOS UTILIZADOS 15
9.1 Pruebas de medición (Vóltmetro) 16
9.1.1. - Pruebas para medir voltaje 16
9.1.2. - Pruebas para medir corriente 18
10.- CONSTRUCCIÓN DE LA ETAPA DE POTENCIA 20
10.1. Multiplicador 21
11.- PRUEBAS CON EL MEDIDOR DE POTENCIA 23
11.1. Acoplamiento de doblador de voltaje y amperímetro 23
12.- RESULTADOS 25
13.- AFIRMACIÓN DE HIPÓTESIS 30
14.- CONCLUSIONES 31
15.- BIBLIOGRAFÍA 32
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1.- INTRODUCCIÓN
La potencia eléctrica es la velocidad a la que se consume la energía. Si la
energía fuese un líquido, la potencia serian los litros por segundo que vierte el
depósito que la contiene. La potencia se mide en joule por segundo (J/seg) y se
representa con la letra “P”.
Un J/seg equivale a 1 watt (W), por lo tanto, cuando se consume 1 joule de
potencia en un segundo, estamos gastando o consumiendo 1 watt de energía eléctrica.
La unidad de potencia de la energía eléctrica “P” es el “watt”, y se representa con la
letra “W”.
1.1 Cálculo de la potencia de cargas reactivas (inductivas)
Para calcular la potencia de algunos tipos de equipos que trabajan con corriente
alterna, es necesario tener en cuenta también el factor de potencia o coseno de “phi”
(cosφ) que poseen. En este caso se encuentran los equipos que trabajan con carga
reactiva o inductiva, es decir, los consumidores de energía eléctrica que para
funcionar utilizan una o más bobinas o enrollado de alambre de cobre, como ocurre,
por ejemplo, con los motores.
Normalmente el valor correspondiente al factor de potencia viene señalado en
una placa metálica junto con otras características del equipo. En los motores
eléctricos esa placa se encuentra situada generalmente en uno de los costados, donde
aparecen otros datos de importancia, como en consumo eléctrico en watt (W), voltaje
de trabajo en volt (V), frecuencia de la corriente en hertz (Hz), amperaje de trabajo
en ampere (a), si es monofásico o trifásico y las revoluciones por minuto (rpm o min –
1) que desarrolla.
La formula para hallar la potencia de los equipos que trabajan con corriente
alterna monofásica, teniendo en cuenta el factor de potencia o cosφ es el siguiente:
P = V · I · Cosφ Ecuación (1)
De donde:
P.- Potencia en watt (W)
V.- Voltaje o tensión aplicada en volt (V)
I.- Valor de la corriente en ampere (A)
Cosφ .- coseno de “fi” (phi) o factor de potencia (< a “1” )
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1.2 Calculo de la potencia de una carga activa (resistiva)
La forma mas simple de calcular la potencia de una carga activa o resistiva
conectada a un circuito eléctrico es multiplicado por el valor de la tensión en volt (V)
aplicado por el valor de la corriente (I) que se recorre, expresada en ampere. Para ese
cálculo matemático se utiliza la siguiente formula:
P = V · I Ecuación (2)
El resultado de esa operación matemática para un circuito eléctrico monofásico
de corriente directa o de corriente alterna estará dado en watt (W). Por lo tanto si
sustituimos la “p” que identifica la potencia por su equivalente, es decir, la “W” de
watt, tenemos también que P = W
La unida de medición como el watt tiene múltiplos y submúltiplos los cuales son:
Múltiplos
Kilowatt (kW) = 10 з = 1000 watt
Kilowatt-hora (kW-h) trabajo realizado por mil watt de potencia en una hora. Un kW-h
es igual a 1000 watt x 3600 segundos, o sea, 3600000 joule
1.2.1- Submúltiplos
miliwatt (mW) = 10-3 watt = 0,001 watt
microwatt (W) = 10-6 watt = 0,000 001 watt
La unidad de consumo de energía de un dispositivo eléctrico se mide en watt-
hora (volt-hora), o en kilowatt-hora (kW-h) para medir miles de watt.
Normalmente las empresas que suministran energía eléctrica a la industria y el
hogar, en lugar de facturar el consumo en watt-hora, lo hacen en kilowatt-hora (kW-
h). Si, por ejemplo, tenemos encendidas en nuestra casa dos lámparas de 500 watt
durante una hora, el reloj registrador del consumo eléctrico registrará 1 kW-h
consumido en ese período de tiempo, que se sumará a la cifra del consumo anterior.
La realización de este proyecto, tiene como finalidad ofrecer una solución para
tener debidamente revisados los equipos que funcionan utilizando altas cantidades de
corriente, con un fin quirúrgico.
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2.- ANTECEDENTES
Este proyecto es la construcción de un medidor de potencia, éste fue iniciado
por alumnos de esta institución en el que se desplegaba el valor de voltaje y corriente
medido al mismo tiempo, esto se logró a través de un circuito eléctrico, la visualización
tanto de voltaje como de corriente medidos es a través de displays de 7 segmentos,
ahora el objetivo final es poder visualizar de manera conjunta tres mediciones al
mismo tiempo que son: Voltaje (V), Corriente (A) y la multiplicación de estas dos
variables que nos da como resultado la Potencia (W)
La construcción del medidor de potencia, se pretende utilizar para medir la
potencia utilizada en un equipo de electro-cirugía, a continuación se presenta un
diagrama a bloques para la construcción del dispositivo para medir la potencia:
Figura. 1 Diagrama a bloque de la primera y segunda etapa de un Wattmetro
En base Al diagrama de la figura 1, necesitamos realizar dos etapas para el
acondicionamiento de la señal de voltaje con la que estaremos trabajando estas son:
Primera etapa: es el acondicionamiento de la señal, formada por la resistencia
de carga, el atenuador y el convertidor de AC a DC.
Segunda etapa: se especifica la conversión A / D de la señal y el despliegue.
Además la corriente o voltaje que se va a medir, deberá de ser en corriente continua
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(CC) de la resistencia al atenuador se tendrá una señal en corriente alterna (CA) y del
atenuador al convertidor de AC e DC, se obtendrá una señal pre-escalada y finalmente
la señal del convertidor de AC a DC será desplegada en los displays de siete
segmentos.
A continuación presentaremos una breve descripción de cada uno de los bloques de los
que se compone el diagrama de la figura 1.
3.- DESCRIPCIÓN DE LAS ETAPAS DEL MEDIDOR DE POTENCIA
3.1 Instrumento (Unidad de Electro-Cirugía)
Es el dispositivo al que se le medirá la potencia, se conectará en serie con la
resistencia de carga y con el primario del transformador, este arreglo permite
disminuir la corriente que viene del instrumento o dispositivo al que se está midiendo
la potencia. La parte del secundario va conectada a la entrada del circuito Convertidor
de AC a DC del cual se obtiene un voltaje de DC que representa el valor de la potencia
eléctrica del dispositivo. El voltaje entra al convertidor analógico/digital y el nivel de
voltaje se muestra en los displays.
3.2 Resistencia de Carga
Ésta representa la impedancia que presenta el cuerpo al pasar la corriente a
través de él, de la punta activa a la placa de paciente del electro-cauterio, dicha
impedancia es considerada de 5 ohms (el valor considera la impedancia de la placa de
paciente).
3.3 Atenuador
El atenuador no es más que un transformador de núcleo de ferrita. La función
de todo tipo de transformador consiste en transformar o cambiar la electricidad de
alguna manera. Un transformador básico consta de dos bobinas enrolladas sobre el
mismo núcleo de hierro, el cual forma un circuito magnético cerrado. El transformador
no funciona con corriente continua es necesario suministrar corriente alterna o
corriente continua pulsátil.
En el devanado, al que se le suministra energía se le denomina primario, y al
devanado del que se toma la energía se llama secundario.
Cualquier cambio en la corriente del primario produce un cambio en el flujo que
enlaza el devanado secundario inducirá un voltaje en las terminales del secundario. Si
el voltaje en el secundario es el mismo voltaje que en el del primario, al transformador
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se le denomina transformador uno a uno, si el voltaje del secundario es mayor que el
del primario, éste será un transformador elevador, y cuando el voltaje del secundario
es menor que el voltaje del primario, éste será un transformador reductor. La
potencia suministrada al primario, con una frecuencia específica, produce una potencia
de la misma frecuencia en el secundario.
Las relaciones de corriente en un transformador son:
Ep / Es = Is / Ip Ecuación (3)
Donde:
Ep: Voltaje aplicado en el primario
Es: Voltaje en el secundario
Ip: Corriente en el primario
Is: Corriente en el secundario
Las relaciones de voltaje en un transformador son:
Ep / Es = Np / Ns Ecuación (4)
Donde:
Ep: Voltaje aplicado en el primario
Es: Voltaje en el secundario
Np: Número de vueltas en el primario
Ns: Número de vueltas en el secundario
Con base en lo anterior el tipo de transformador que se requiere en este proyecto es
un transformador elevador.
3.4 Convertidor de AC a DC
El convertidor de AC a DC es parte del acondicionamiento de la señal, normaliza
la entrada a un voltaje de corriente continua. En la siguiente figura se muestra el
circuito que será utilizado, donde se muestra que a la entrada del amplificador
operacional entra el voltaje del secundario del transformador, dicho voltaje es de
corriente alterna a la salida obtenemos un voltaje en corriente continua.
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Figura. 2 Circuito convertidor AC/DC
3.5 Convertidor A / D y Despliegue
Como la medición de la potencia es de forma digital se necesito un dispositivo
que nos convierta la medición de analógica a digital.
El convertidor de A/D de 3 ½ dígitos, sus aplicaciones más comunes son
vóltmetros y ampérmetros digitales. En el diseño de este vóltmetro digital se utiliza el
convertidor A/D CMOS ICL 7107. El ICL 7107 alimenta un despliegue de diodos
emisor de luz (LED). Se incluyen decodificadores de 7 segmentos, alimentadores de
despliegue, referencias y un reloj.
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Figura 3. Configuración del dispositivo utilizado para la conversión analógica/digital de las señales a
desplegar (Voltaje, Corriente, Potencia)
Este dispositivo opera en tres fases.
3.5.1. - Fase uno de la conversión de doble pendiente
El ciclo se lleva a cero para empezar nuevamente. Este proceso se conoce como
fase de regreso automático a cero.
3.5.2. - Fase dos del método de doble pendiente
La señal se integra durante un tiempo fijo con una pendiente que depende de la
combinación RC del amplificador operacional de integración.
3.5.3. - Fase tres
La entrada del integrador se conmuta de un voltaje de entrada a uno de
referencia. La polaridad se determina durante la fase dos de modo que el integrador
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se descargue hacia cero. El número de pulsos de reloj que se cuentan entre el inicio de
este ciclo (fase tres) y el momento en que la salida del integrador pasa por cero es
una medida digital de la magnitud del voltaje de entrada.
4.- JUSTIFICACIÓN
Como Ingenieros Biomédicos dentro de un hospital nos interesa garantizar la
seguridad del paciente y la capacidad de rendimiento del equipo médico en este caso el
objeto de estudio en específico son equipos de electro-cirugía.
4.1 ¿Por qué la construcción de un medidor de potencia?
La electro-cirugía es una técnica muy utilizada para procedimientos en los
cuales las maniobras de corte mecánicos son difíciles de aplicar, por ejemplo cortes
de la próstata a través de la uretra, entre otros. Esta técnica emplea corrientes en
radio frecuencia (RF) entre 0.5 y 3 MHz aplicadas a través de electrodos de área
pequeña para producir coagulación y corte de tejidos vivos. Entre algunas de las
ventajas del uso de las técnicas de electro-cirugía se cuentan el ahorro en tiempo,
ausencia de sangrado, asegura una buena asepsia y elimina la posibilidad de transferir
una infección desde un tejido enfermo a un tejido normal. La curación de una herida
producida con una electro-disección toma casi el mismo tiempo que un corte con
escarpelo.
El instrumento para electro-cirugía es un generador de corriente en
radiofrecuencia controlada, que es aplicada en un electrodo de punto, de hoja o de
lazo para producir fulguración (tratamiento o extirpación por medio de chispas
eléctricas), coagulación y corte. La trayectoria de retorno para la corriente es a
través de un electrodo de referencia (tierra) de dispersión de gran área La función
del electrodo de dispersión es proporcionar una corriente con una despreciable alza en
la temperatura de la piel. Las diferentes respuestas del tejido dependen del modo de
aplicación del electrodo activo y del tipo de corriente aplicada.
El wattmetro digital es una herramienta indispensable para garantizar el rendimiento,
esta herramienta es un instrumento para la medición de la energía eléctrica, o el
índice de la fuente de energía eléctrica a cualquier circuito. Puesto que los Watts son
el producto de Volts y de los Amperes, un Wattmetro consiste en un vóltmetro y un
ampérmetro. Un Wattmetro se incorpora típicamente en cualquier medidor de
electricidad pues la electricidad total consumida es un producto de los Watts y del
tiempo. el fin de realizar este proyecto a nivel personal es demostrar que con los
conocimientos adquiridos en la universidad se es capaz de interpretar y dar un uso
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importante a las herramientas y que estas ayuden a operar equipos electro quirúrgicos
regidos por las normas oficiales mexicanas y brindar un buen desempeño.
La mejor forma de preservar la unidad electroquirurgica y corroborar su
correcto funcionamiento es a partir de lo que se denomina mantenimiento preventivo,
este consta de varias rutinas, las cuales algunas deben de ser realizadas por el
personal de quirófano antes de comenzar la cirugía y otras de que deben de ser
realizadas por el personal de ingeniería biomédica, en ambos casos se requiere que el
personal este debidamente capacitado.
Normalmente se recomienda que este tipo de unidades sean por lo menos
revisadas una ves al año por personal capacitado, generalmente en los manuales
técnicos de estos equipos se entregan diversas tablas con las especificaciones
técnicas que deben cumplir la unidad de igual forma se encuentra la curva de potencia
de salida que exige la normatividad.
Para poder realizar estas mediciones se necesita disponer de equipos
electrónicos sofisticados como un medidor de potencia (Wattmetro), que especifica la
potencia de las unidades de electro-cirugía, pero existe un problema, estos equipos no
están disponibles en la mayoría de las instituciones de salud, debido a su elevado costo
y además que no son de fácil implementación por el personal que no esta debidamente
capacitado. Verificar la potencia del equipo y que sus presentaciones estén en óptimas
condiciones minimiza de manera notable los daños y accidentes al personal y pacientes
del hospital.
La decisión de hacer el este proyecto es aplicar la utilidad de este instrumento
en áreas donde no se puede adquirir un equipo tan indispensable y de alto costo
demostrando que el costo de este equipo es muy bajo y que al salir al mercado se
vuelve tan alto por la simple idea de la mercadotecnia.
5.- PLAN DE TRABAJO
Se sabe de un trabajo realizado con anterioridad como seminario de proyecto
de un medidor de potencia, este dispositivo realiza las mediciones de voltaje y
corriente al mismo tiempo, es a partir de este punto que se partirá para la
construcción del dispositivo que desplegará de forma conjunta las variables antes
mencionadas y el producto es decir la multiplicación de ellas para visualizar la
potencia, ya que es esta la variable a mostrar como objetivo de este proyecto.
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6.- HIPÓTESIS
Si logramos obtener la multiplicación de las variables medidas, voltaje y corriente, ya
sea de manera analógica o digital. Entonces podremos desplegar el resultado final y la
meta de obtener un medidor de potencia será alcanzada.
7.- OBJETIVOS
7.1 Objetivo general:
Realizar un sistema de medición de potencia como el que ya se conoce para
corriente y voltaje.
7.2 Objetivos particulares:
Diseñar un circuito para medir Potencia
Diseñar y construir un dispositivo analógico-digital para medir y desplegar
valores de voltaje (Volts) así como de corriente (Ampers)
Conocer el funcionamiento de los dispositivos que serán utilizados para la
elaboración de los circuitos
Construir un transformador atenuador para poderlo utilizar en el circuito que
medirá la corriente.
8.- DESARROLLO
Para esta etapa se cuenta con los diseños de los circuitos que alumnos de la
carrera en Ingeniería Biomédica presentaron como Seminario de Proyecto. En el que
se lograron avances, sobre todo en el de los tipos de dispositivos que se utilizaron y
que en esta ocasión también son utilizados. Una de las partes críticas de este
proyecto es, después de poder realizar la medición de voltajes y corrientes será la de
poder contar con un dispositivo que nos convierta la medición de analógica a digital y
esto como ya se detalló anteriormente (3.5, 3.5.1 3.5.2, 3.5.3) se utilizará el
convertidor analógico digital ICL 7107.
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Figura 4. Despliegue de mediciones utilizando el convertidor A/D ICL7107
9.- CIRCUITOS UTILIZADOS
Se hace mención que se armaron dos circuitos iguales uno para medición y despliegue
de voltaje y otro para el caso de la corriente como el que se muestra a continuación.
Figura 5. Circuito que permite el despliegue de voltaje o corriente medido.
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9.1 Pruebas de medición (Vóltmetro)
El circuito mostrado en la figura 5 puede ser alimentado con un generador de
funciones o una fuente de voltaje, pero se tiene una oscilación al momento de
visualizar el valor medido por esta razón se implemento la siguiente solución al sistema
utilizando un pot de 1MΩ para elaborar un atenuador, este paso no es más que la
conexión de un divisor de voltaje.
Hacia Ven
se conecta la señal de entrada (equipo de electrocirugía), Vsal
se conecta a la
entrada (in) del circuito de la figura 5, y por último la conexión a tierra GND.
Figura 6. Atenuación para visualización de valores medidos
De Ven hacia Vsal De Vsal hacia GND
860 k 9 k Tabla 1. Valores del potenciómetro para la atenuación de la señal de entrada
9.1.1.- Pruebas para medir voltaje
Se alimentó dos circuitos construidos como el mostrado en la figura 5 con voltajes en
DC de un generador de funciones, con ayuda de un multímetro digital del laboratorio,
se sabe el valor de la señal de entrada, en los displays se obtuvo una salida de la señal,
la cual es en DC, y en esta ocasión ya no se presentaba una oscilación en el despliegue
de la salida.
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Se ajusto la señal de entrada a cero, para que la lectura en los displays coincidiera, se
ajustó esta salida con ayuda del atenuador, ahora la entrada era de cero volts y en los
displays se podía observar el valor de la señal de entrada.
A continuación se muestra una tabla con los resultados obtenidos.
Voltaje en el multímetro (V) Voltaje en el circuito (V)
- 10.1 -10.0
-9.2 -9.2
-8.0 -8.1
-7.2 -7.0
-6.0 -6.0
-5.06 -5.1
-4.0 -4.0
-3.0 -3.0
-2.0 -2.0
-1.0 -1.01
0.0 0.0
1.2 1.2
2.0 2.0
3.3 3.3
4.0 4.0
5.0 5.0
6.1 6.1
7.07 7.1
8.0 8.0
9.0 9.0
10.06 10.1 Tabla 2. Comparación de voltajes (Multímetro y circuito)
En la siguiente figura se muestra la capacidad de que tiene el convertidor A/D de
desplegar valores negativos de voltaje que previamente hemos mencionado en la tabla
1.
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Figura 7. Referencia Visual de uno de los valores reportados en la tabla 1.
9.1.2. - Pruebas para medir corriente
Una vez que los circuitos sirven para la parte de voltaje el siguiente paso es
realizar la medición de corriente.
Como es difícil poder realizar una medición de corriente de manera directa
sobre el circuito, se utiliza un transformador de 120 V a 8 A, medir esta cantidad de
corriente con nuestro circuito no es lo recomendable debido al sobre calentamiento
del mismo lo cual provocaría la perdida total del circuito.
De esta manera se realiza la siguiente modificación para poder medir la
corriente que nos entrega el transformador a la salida del secundario.
Se realiza una conexión en serie 20 resistencias de 100 Ω a 25 W cada una,
quedando un arreglo de resistencias de 200 Ω, este arreglo se realiza simulando la
resistencia que presentan los equipos de electrocirugia, debemos de mencionar que en
la manera real los equipos de electrocirugia presentan una resistencia de 300 Ω y 500
Ω.
De esta manera se observo que el valor de voltaje de salida en el secundario del
transformador medido en el arreglo de resistencias es con un valor de 27 V así que
sabiendo el valor de voltaje y el del arreglo de resistencia sabemos que por la ley de
Ohm I = V/R.
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Figura 8. Referencia Visual del transformador y del arreglo de resistencias
Figura 9. Conexión para la medición de Corriente
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Figura 10. Medición de la Corriente
10.- CONSTRUCCIÓN DE LA ETAPA DE POTENCIA
Investigando las posibilidades para poder efectuar la multiplicación de las señales que
hemos podido medir, voltaje y corriente, se contemplaron dos posibilidades para poder
realizar el producto y obtener y desplegar el valor de la potencia, estas posibilidades
fueron las siguientes:
1.- Diseñar un programa que fuera operado por un PIC (Circuito Integrado
Programable) de tal manera que realizara la operación y la desplegara en una pantalla
LCD (Display de Cristal Liquido), el inconveniente de este diseño era convertir las
señales analógicas a digitales para realizar la multiplicación, el resultado convertirlo
en una señal analógica para introducirlo al ICL 7107 de tal manera que nos tendríamos
que relacionar con los lenguajes en binario y hexadecimal.
2.- El segundo diseño consistía en manejar las señales de manera analógica que es así
como se obtienen, encontrar un dispositivo que realizara la multiplicación de las
señales analógicas el resultado mandarlo como señal de entrada al ICL07107 y
desplegar el resultado.
Figura 11 Diagrama a bloques del diseño general
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10.1. Multiplicador
Para realizar esta etapa se buscaron integrados que su principal función fuera
realizar la multiplicación, se encontraron un sin fin de circuitos integrados entre ellos
el AD632, AD834, AD835 y el AD633 los dos últimos resultaron los mas óptimos para
la realización de la multiplicación el único inconveniente que se presentó fue que el
AD835 realizaba la multiplicación directa y manejaba valores de voltaje de ± 1V y el
precio era de alrededor de $700, el segundo integrado propuesto fue el AD633 el
cual manejaba voltajes de entrada de ± 10 V, el circuito se muestra en la siguiente
figura así como una tabla con sus especificaciones.
Figura 12 Diagrama de AD633
Tabla 3. Especificaciones del AD633
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La configuración para realizar la operación de multiplicación se muestra a
continuación:
Figura 13. Circuito para realizar la multiplicación
Se realizaron alguna modificaciones para realizar una prueba de funcionamiento
sencilla, de tal manera que la entrada inversora X2 (pin 2) se conectó a tierra, la
entrada inversora Y2 (pin 4) se conectó a tierra y Z (pin 6) quedó libre, se conectó
una fuente para alimentar el integrado y se metieron dos señales de DC para verificar
si en realidad se realizaba la multiplicación, se realizaron varias pruebas,
comprobando y comparando con un multímetro y calculadora, los resultados mostrados
en la salida del integrado, a continuación se muestran los resultados:
Voltaje 1 DC (V) Voltaje 2 DC (V) Calculadora Salida del integrado (7)
2.0701 3.0935 6.40385 6.4153
3.1239 3.0933 9.6631 9.6666 Tabla 4 Comparación de resultados de calculadora e integrado
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11.- PRUEBAS CON EL MEDIDOR DE POTENCIA
Al acoplar la parte del amperímetro encontramos que teníamos una limitante la
cual seria que a la salida del circuito utilizado para medir la corriente solo tendríamos
un voltaje de 3.4 V lo cual es poco para realizar la multiplicación de tal manera que se
pensó en realizar un doblador de voltaje que permitiera una mayor lectura y así un
margen mas amplio en las lecturas, recordemos que el multiplicador maneja rangos de
± 10 V en cada entrada. El doblador utilizado tiene como función mantener el voltaje
pico relativamente bajo de un transformador, ya que este puede elevar el voltaje de
salida pico a dos, tres, cuatro o más veces el voltaje pico rectificado.
Figura 14. Circuito doblador de voltaje.
11.1. Acoplamiento de doblador de voltaje y amperímetro
Para realizar el circuito anterior se utilizaron dos diodos IN 4001 y dos
capacitares de 100μF al realizar la prueba correspondiente encontramos que
efectivamente el voltaje a la salida del doblador era de 6. 7 V.
Para tener un voltaje arrojar más voltaje a la salida se recurrió a un divisor de
voltaje 1 a 10 de tal manera que se diseño un circuito que realizara esta funcion.
Figura 15. Diagrama de divisor de voltaje
24
Figura 16. Conexión completa para el medidor de corriente
25
12.- RESULTADOS
A continuación se muestran los resultados obtenidos en los circuitos, para
voltaje y para corriente, durante las pruebas.
Multimetro DC (V) Voltmetro DC (V)
11.1 11.2
10.4 10.4
8.911 9.0
7.80 7.8
6.782 6.8
5.47 5.4
4.43 4.4
3.309 3.5
2.4 2.4
1.649 1.6
0 0
-1.41 -1.3
-2.382 -2.3
-3.60 -3.5
-4.65 -4.6
-5.52 -5.4
-6.327 -6.2
-7.61 -7.6
-8.60 -8.6
-9.54 -9.6
-10.7 -10.8 Tabla 5. Resultados de multímetro y voltímetro alimentados con una señal de DC obtenida de un
generador de funciones
26
Figura 17. Visualización de valores reportados en tabla 5.
Figura 18. Visualización de valores reportados en tabla 5.
27
Osciloscopio Voltímetro
-9.19 -9.2
7.83 7.8 Tabla 6. Valores de prueba realizadas en osciloscopio y el diseño del voltmetro.
Figura 19. Visualización de valores reportados en tabla 6.
28
Corriente (A) Voltaje (V) Potencia (W)
Multímetro 5.410 3.511 00.189
Wattmetro 5.4 3.5 18.1 Tabla 7. Resultados obtenidos en Multimetro y el Wattmetro
Figura 20. Visualización de datos reportados en tabla 7.
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Corriente (A) Voltaje (V) Potencia (W)
Multimetro 9.620 9.610 92.4482
Wattmetro 10 10 0.9 Tabla 8. Resultados obtenidos en Multimetro y el Wattmetro
Figura 21. Visualización de datos reportados en tabla 8.
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Corriente (A) Voltaje (V) Potencia (W)
Multimetro 10.312 5.4 55.6848
Wattmetro 10.3 5.4 0.5 Tabla 9. Resultados obtenidos en Multimetro y el Wattmetro
Figura 22. Visualización de datos reportados en tabla 9.
Nota: Recordemos que el resultado obtenido en el WATTMETRO es debido
a la operación que realiza el mismo multiplicador, ya que a la señal de entrada la divide entre 10.
13.- AFIRMACIÓN DE HIPÓTESIS
Con los resultados reportados en cada una de las tablas y las imágenes
anteriores encontramos que la hipótesis planteada al inicio se confirmó, mencionando
que se lograron las metas planteadas y se cumplió con el objetivo, aunque existieron
muchos imprevistos se cumplió el principal objetivo la construcción del Wattmetro
Digital.
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14.- CONCLUSIONES
El reto de poder encontrar una solución al problema de obtener un circuito
capaz de medir de manera real la potencia se logró en base a la dedicación de investigar el funcionamiento de cada uno de los componentes que fueron utilizados. Se tuvieron problemas en los que se estuvo a punto de tener la pérdida total de los dispositivos armados. Esto se debió básicamente a la etapa implementada para la medición de corriente, esta etapa cabe señalar que en realidad lo que se hizo fue una medición 1:1 de voltaje a corriente, ya que como vimos durante la elaboración de este proyecto la cantidad de energía que se tuvo que disipar fue bastante elevada provocando sobrecalentamiento en esta parte del circuito, teniendo como resultado; resistencias, diodos, resistencias variables y capacitares quemados.
El proyecto se entregó funcionando, sirve para la finalidad que fue
planteada su posible y con el paso del tiempo exitosa construcción. Es capaz de medir y desplegar la potencia.
Durante la investigación que se realizó para la elaboración de este
proyecto, nos queda más clara la problemática que se puede llegar a presentarse en equipos que no se estén utilizando con los rangos de potencia dictaminados por las normas internacionales, pues esto podría poner en riesgo la vida del paciente, equipo y de la propia persona que lo este utilizando. Una de las incógnitas que quedo por solucionar fue la posible utilización de este equipo para verificar la potencia utilizada en un equipo de electro-cirugía. Como hemos mencionado la finalidad del circuito se cumplió, sin embargo quedará para compañeros en el futuro, si así lo requiere, realizar las modificaciones pertinentes para poder utilizar este medidor de potencia en un equipo de electro-cirugía.
Para la elaboración de este proyecto fue necesario recurrir a todos los
conocimientos que previamente hemos adquirido a lo largo de nuestra formación académica, mencionando que estamos preparados para poder sortear los retos que se nos presenten en la vida como Ingenieros Biomédicos. Mencionando que lo plasmado en este proyecto es el esfuerzo de años de estudio y dedicación, sobre todo en busca de una superación, que permita plantear nuevas formas de llevar la tecnología al servicio de la salud.
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15. BIBLIOGRAFIA
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