Análisis de Circuitos Eléctricos III

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS
FÍSICO MATEMÁTICAS
PROGRAMA SINTÉTICO
CARRERA:
Ingeniería Eléctrica
ASIGNATURA:
Análisis de Circuitos Eléctricos III
SEMESTRE:
Sexto
OBJETIVO GENERAL:
El alumno explicará los conceptos fundamentales del comportamiento de los sistemas polifásicos bajo condiciones
de operación balanceadas y desbalanceadas. Relacionará los modelos matemáticos con el fenómeno físico de los
elementos que constituyen un circuito eléctrico para obtener su solución.
CONTENIDO SINTÉTICO:
I.
II.
III.
IV.
Circuitos Monofásicos de Tres Hilos o Conductores
Circuitos Trifásicos con Cargas Conectadas en Estrella
Circuitos Trifásicos con Cargas Conectadas en Delta
Componentes Simétricas
METODOLOGÍA:
Elaboración por parte del alumno de una serie de propuestas de solución de un circuito eléctrico antes de iniciar el
camino de solución. Selección de la técnica o técnicas de solución más adecuadas por parte del alumno con la
supervisión del profesor.
Comprobación de los resultados teóricos, realizando prácticas de laboratorio con circuitos eléctricos reales.
EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN:
Tres exámenes departamentales, los cuales serán evaluados de 0 a 80% de la evaluación total, también se
tomarán en cuenta los trabajos y tareas asignadas que no deberá exceder el 20% de las calificaciones parciales.
Para la evaluación del curso deberá aprobar tanto la parte teórica como la parte práctica (laboratorio). La
calificación mínima aprobatoria es de 6.0.
BIBLIOGRAFÍA:
Cedeño Aguilar Benjamín “Apuntes de Electrotecnia Ill”, Distribuidos por el Departamento de Ingeniería Eléctrica de
la Esime-Zacatenco del IPN. , 359 Págs., México D.F. 2003.
A Bruce Carlson., “Circuitos”., Editorial Thomson Learning. (1ª. Edición), ISBN 970-686-033-9.México, D.F.,
840Págs.., 2001
A. Edminister, Joseph, Circuitos Eléctricos, Traducido de “Schaum´s Outline of Electrical Circuit” (Tercera Edición),
Mc. Graw-Hill, 400 Págs., México D.F. 2003.
Dorf Richard y Svodova James. “Circuitos Elèctricos” (5a Ediciòn), Editorial Alfaomega, ISBN 970-15-0855-6.
Mèxico D.F., 884 Pàgs. 2004
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS
FÍSICO MATEMÁTICAS
ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y
Eléctrica - Zacatenco
CARRERA: Ingeniería Eléctrica
OPCIÓN: Tronco Común
COORDINACIÓN: Academia de Electrotecnia
DEPARTAMENTO: Académico de I. E.
ASIGNATURA: Análisis de Circuitos Eléctricos III
SEMESTRE: Sexto
CLAVE:
CRÉDITOS: 9
VIGENTE: Enero del 2006
TIPO DE ASIGNATURA: Teórico-Práctica
MODALIDAD: Escolarizado
TIEMPOS ASIGNADOS
Horas/Semana/Teoría: 3 Horas.
Horas/Semana/Práctica: 3 Horas.
Horas/Semestre/Teoría: 54 Horas.
Horas/Semestre/Práctica: 54 Horas.
Horas/Totales: 108 Horas.
PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO
POR: Academia de Electrotecnia
REVISADO POR: Departamento Académico de
Ingeniería Eléctrica.
APROBADO POR: Consejo Técnico Consultivo
Director de la Escuela Superior de Ingeniería
Mecánica y Eléctrica: M. en C. Jesús Reyes Garcia
AUTORIZADO POR: La Comisión de Planes y Programas
de Estudio del Instituto Politécnico Nacional.
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SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS
FÍSICO MATEMÁTICAS
ASIGNATURA: Análisis de Circuitos Eléctricos III CLAVE
HOJA: 3 DE 9
FUNDAMENTACION DE LA ASIGNATURA
En el mundo en el que hoy vivimos la calidad de la vida diaria depende en gran medida de los fenómenos eléctricos. El
constante crecimiento de las ciudades requiere grandes bloques de energía desde grandes distancias hasta los centros
de consumo, por lo que es indispensable para el Ingeniero Electricista el dominio del análisis de los Circuitos Eléctricos
Polifásicos para interpretar el comportamiento de los equipos de generación, transformación, transmisión y recepción de
la energía eléctrica trifásica, así como el comportamiento de los diferentes aparatos y equipos eléctricos bajo diferentes
condiciones.
Esta asignatura tiene como antecedentes Cálculo Diferencial e Integral, Fundamentos de Algebra, Química Básica,
Física Clásica, Humanidades I, II, III y IV, Cálculo Vectorial, Ecuaciones Diferenciales, Química Aplicada, Electricidad
y Magnetismo, Variable Compleja y Transformada de Fourier, Probabilidad y Estadística, Ingeniería Mecánica I y II,
Métodos Numéricos, Física Moderna, Análisis de Circuitos Eléctricos I y II, Conversión de la Energía I y II, Electrónica
I y II, Ciencia y Tecnología de Materiales Eléctricos, Instalaciones Eléctricas en Baja Tensión, Equipo Eléctrico,
Humanidades V, y tiene como consecuentes: Conversión de la Energía III, Electrónica III, Instalaciones Eléctricas en
Alta Tensión, Elementos del Control Eléctrico, Teoría General de Sistemas, Mediciones Eléctricas, Fuentes de
Generación, Teoría del Control, Gestión de Proyectos, Accionamiento y Controles Eléctricos, Economía Aplicada,
Análisis de Sistemas Eléctricos de Potencia, Computación Aplicada a Sistemas Eléctricos, Líneas y Subestaciones
Eléctricas, Protección de Sistemas Eléctricos I, Redes de Distribución, Ingeniería Económica, Técnicas de las Altas
Tensiones, Instalaciones Eléctricas Especiales y Administración.
OBJETIVO DE LA ASIGNATURA
El alumno explicará los conceptos fundamentales del comportamiento de los sistemas polifásicos bajo condiciones de
operación balanceadas y desbalanceadas. Relacionará los modelos matemáticos con el fenómeno físico de los
elementos que constituyen un circuito eléctrico para obtener su solución.
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FÍSICO MATEMÁTICAS
ASIGNATURA: Análisis de Circuitos Eléctricos lll
No. UNIDAD I
CLAVE:
HOJA: 4 DE 9
NOMBRE: Circuitos Monofásicos de Tres Hilos o Conductores
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno analizará los sistemas monofásicos a tres hilos con cargas balanceadas y desbalanceadas, con o sin
impedancias de líneas.
Empleará las técnicas de solución de los circuitos eléctricos para resolver problemas prácticos.
No.
TEMA
1.1
1.2
1.3
1.3.1
1.3.2
TEMAS
Marco Teórico
Introducción a los Circuitos Monofásicos de tres Hilos.
Análisis con diferentes tipos de Carga.
Cargas Balanceadas
Carga entre conductores de línea y el neutro, con la
alimentación aplicada directamente en sus terminales.
Carga entre conductores de línea y el neutro, con la
alimentación suministrada a través de líneas.
Carga entre conductores de línea y el neutro, más
carga entre líneas, con la alimentación aplicada
directamente en sus terminales.
Carga entre conductores de línea y el neutro, más
carga entre líneas, con la alimentación suministrada a
través de líneas.
Cargas Desbalanceadas:
Carga entre conductores de línea y el neutro, con la
alimentación aplicada directamente en sus terminales.
Carga entre conductores de línea y el neutro, con la
alimentación suministrada a través de líneas.
Carga entre conductores de línea y el neutro, más
carga entre líneas, con la alimentación aplicada
directamente en sus terminales.
Carga entre conductores de línea y el neutro, más
carga entre líneas, con la alimentación suministrada a
través de líneas.
Subtotal
T
HORAS
P
EC
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
0.5
6.0
9.0
1B, 2B, 3B y 6B
6.0
9.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.5
9.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Selección por parte del alumno de la técnica más adecuada de solución de un circuito monofásico a tres hilos, en
condiciones balanceadas o desbalanceadas.
Ejemplos expuestos por el profesor y ejercicios desarrollados por el alumno, para aplicar los diferentes métodos de
aplicación.
Integración de equipos de trabajo para la realización de prácticas.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Ejercicios realizados en clase y extra clase que corresponderán al 20% de la calificación total.
Participación en actividades individuales y de equipo mediante la realización de las prácticas.
El primer examen departamental abarcará del tema 1.1 al 2.2.2.
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FÍSICO MATEMÁTICAS
ASIGNATURA: Análisis de Circuitos Eléctricos III
No. UNIDAD II
CLAVE:
HOJA: 5 DE 9
NOMBRE: Circuitos Trifásicos con Cargas Conectadas en Estrella
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno resolverá los sistemas polifásicos tres fases cuatro hilos y tres fases tres hilos conectados en estrella para
circuitos balanceados y desbalanceados, con o sin impedancias de líneas.
No.
TEMAS
HORAS
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
TEMA
T
P
EC
27.0
1B, 2B, 3B, 4C, 5C y 6B
Introducción a los Circuitos Trifásicos con cargas 0.5
18.0
2.1
conectadas en estrella
Cargas Balanceadas.
2.2
Cargas de cuatro hilos:
2.2.1
Alimentadas directamente en sus terminales y su 1.0
solución por medio del circuito monofásico equivalente.
Alimentadas a través de líneas y su solución por medio 1.0
del circuito monofásico equivalente.
Con impedancias mutuas iguales, alimentadas 1.5
directamente en sus terminales, a través de líneas y su
solución por medio del circuito monofásico equivalente.
Cargas de tres hilos:
2.2.2
Alimentadas directamente en sus terminales, con una 1.0
fuente conectada en estrella o en delta y su solución
por medio del circuito monofásico equivalente.
Alimentadas a través de líneas, con una fuente 1.0
conectada en estrella o en delta y su solución por
medio del circuito monofásico equivalente.
Cargas Desbalanceadas
2.3.
Cargas de cuatro hilos:
2.3.1
1.5
Alimentadas directamente en sus terminales
Alimentadas a través de líneas y su solución por medio 2.0
de mallas o por el método de componentes de fase.
Con impedancias mutuas, alimentadas directamente 2.0
.
en sus terminales
Con impedancias mutuas, alimentadas a través de 2.5
líneas y su solución por el método de mallas o por el
método de componentes de fase.
Cargas de tres hilos:
2.3.2
Alimentadas directamente en sus terminales o a través 2.0
de líneas, con una fuente conectada en estrella o en
delta y su
solución por el método de mallas.
Alimentadas a través de líneas, con una fuente en 2.0
estrella, con una fuente conectada en delta y su
solución por el método de mallas
Subtotal 18.0
18.0
27.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Desarrollo de habilidades de análisis por parte del alumno usando diferentes técnicas de solución de circuitos
eléctricos conectados en estrella.
Ejemplos expuestos por el profesor y ejercicios desarrollados por el alumno, para aplicar los diferentes métodos de
solución.
Integración de equipos de trabajo para la realización de prácticas.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Ejercicios realizados en clase y extra clase que corresponderán al 20% de la calificación total.
Participación en actividades individuales y de equipo mediante la realización de prácticas.
El primer examen departamental abarcará del tema 1.1 al 2.2.2.
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FÍSICO MATEMÁTICAS
ASIGNATURA: Análisis de Circuitos Eléctricos III
No. UNIDAD III
CLAVE:
HOJA: 6 DE 9
NOMBRE: Circuitos Trifásicos con Cargas Conectadas en Delta
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno resolverá los sistemas polifásicos tres fases tres hilos y tres fases cuatro hilos conectados en delta para
circuitos balanceados y desbalanceados, con o sin impedancias de líneas.
No.
TEMAS
TEMA
Introducción a los Circuitos Trifásicos con Cargas
3.1
conectadas en Delta.
Cargas Balanceadas
3.2
Alimentadas directamente en sus terminales
Alimentadas a través de líneas, con una fuente
conectada en delta.
Alimentadas a través de líneas, con una fuente
conectada en estrella.
Circuito equivalente monofásico de una carga
conectada en delta.
Cargas desbalanceadas.
3.3
Alimentadas directamente en sus terminales.
Alimentadas a través de líneas, con una fuente
conectada en delta.
Alimentadas a través de líneas con una fuente
conectada en estrella.
Efecto de la impedancia de una fuente conectada en
3.4
delta.
Delta de cuatro hilos.
3.5
Subtotal
T
0.5
HORAS
P
21.0
EC
16.5
21.0
16.5
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
1B,2B,3B,4C,5C y 6B
1.0
1.0
1.5
1.5
2.0
3.5
3.5
1.5
0.5
16.5
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Desarrollo de habilidades de análisis por parte del alumno usando diferentes técnicas de solución de circuitos
eléctricos conectados en delta.
Ejemplos expuestos por el profesor y ejercicios desarrollados por el alumno, para aplicar los diferentes métodos de
solución.
Integración de equipos de trabajo para la realización de prácticas.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Ejercicios realizados en clase y extra clase que corresponderán al 20% de la calificación total.
Participación en actividades individuales y de equipo mediante la realización de prácticas.
El segundo examen departamental abarcará del tema 2.3 al 3.2.
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FÍSICO MATEMÁTICAS
ASIGNATURA: Análisis de Circuitos Eléctricos III
No. UNIDAD IV
NOMBRE:
CLAVE:
HOJA: 7 DE 9
Componentes Simétricas
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno aplicará la teoría de las componentes simétricas en la solución de los circuitos polifásicos desbalanceados o
asimétricos, así como de los circuitos balanceados en condiciones de alimentación en desequilibrio.
No.
TEMAS
TEMA
Introducción a las componentes simétricas
4.1
Sistema de componentes simétricas.
4.2
El sistema original de fasores asimétricos o
desbalanceados.
El sistema de secuencia de fases positiva.
El sistema de secuencia de fases negativa
El sistema de secuencia de fases cero.
Composición de fasores para obtener los fasores
originales.
Ecuaciones generales.
Potencia en términos de componentes simétricas.
4.3
Redes de secuencia de las impedancias de las cargas.
4.4
Aplicación de las componentes simétricas a cargas
4.5
desbalanceadas.
Aplicación de las componentes simétricas a las cargas
desbalanceadas de tres hilos.
Regla de la secuencia.
Aplicación de las componentes simétricas a las cargas
4.6
con acoplamiento magnético entre fases.
Aplicación
a
cargas
trifilares
con
cargas
desbalanceadas con impedancia mutuas.
Subtotal
T
0.5
4,0
HORAS
P
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
EC
10.5
1B
0,5
0.5
3.5
1.5
10.5
10.5
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Construcción de sistemas balanceados y simétricos a partir de un sistema desbalanceado y asimétrico, usando
técnicas de análisis matemático, realizando también su representación gráfica por parte del alumno con la guía del
profesor.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Ejercicios realizados en clase y extra clase que corresponderán al 20% de la calificación total.
El tercer examen departamental abarcará del 3.3 al 4.6
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FÍSICO MATEMÁTICAS
ASIGNATURA: Análisis de Circuitos Eléctricos III
CLAVE:
RELACIÓN DE PRÁCTICAS
PRACT.
NOMBRE DE LA PRÁCTICA
UNIDAD
No.
I
1
Introducción y conocimiento del teorema de Blondel.
HOJA: 8 DE 9
DURACIÓN
3.0
2
Mediciones de las tensiones, intensidades de corriente
y potencias de los circuitos monofásicos de tres hilos.
Método directo.
I
3.0
3
Mediciones de las tensiones, intensidades de corriente
y potencia activa de los circuitos de tres fases, cuatro
hilos, conexión estrella, con cargas balanceadas.
Utilizando el circuito monofásico equivalente. Método
directo.
II
4.5
4
Mediciones de las tensiones, intensidades de corriente
y potencia activa de los circuitos de tres fases, cuatro
hilos, conexión estrella. Método directo.
II
4.5
5
Medición de la potencia reactiva, de los circuitos de
tres fases, cuatro hilos, conexión estrella. Método
directo.
II
4.5
6
Mediciones de las tensiones, intensidades de
corriente y potencia activa de los circuitos de tres
fases, cuatro hilos, conexión estrella. Método semiindirecto.
II
4.5
7
Mediciones de las tensiones, intensidades de
corriente y potencia activa de los circuitos de tres
fases, cuatro hilos, conexión estrella. Método
indirecto..
II
4.5
8
Corrección del factor de potencia, en los circuitos de
tres fases, cuatro hilos conexión estrella. Método
directo.
II
4.5
9
Mediciones de las tensiones, intensidades de
corriente y potencia activa de los circuitos de tres
fases, tres hilos, conexión delta. Método directo.
III
4.5
Medición de la potencia reactiva de los circuitos de
tres fases, tres hilos, conexión delta. Método directo.
III
4.5
III
4.5
III
4.5
III
3.0
10
11
Mediciones de las tensiones, intensidades de
corriente y potencia activa de los circuitos de tres
fases, tres hilos, conexión delta. Método semiindirecto.
12
Mediciones de las tensiones, intensidades de
corriente y potencia activa de los circuitos de tres
fases, tres hilos, conexión delta. Método semiindirecto
13
Corrección del factor de potencia, en los circuitos de
tres fases, tres hilos conexión delta. Método directo.
Total
54.0
LUGAR DE
REALIZACIÓN
Todas las prácticas se
realizarán
en
el
Laboratorio de Circuitos
Eléctricos III Edif. Z-3 planta baja.
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FÍSICO MATEMÁTICAS
ASIGNATURA: Análisis de Circuitos Eléctricos III
PERÍODO
1er
UNIDAD
I y II
2º
II y III
3º
III y IV
CLAVE
B
CLAVE:
HOJA: 9 DE 9
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
El profesor realizará una evaluación de conocimientos al finalizar de los temas 1.1 a 2.2.2, 2.3
a 3.2 y 3.3 a 4.6, lo que implica realizar tres evaluaciones durante el semestre, el promedio
de éstas representará el 80% de la calificación correspondiente a las evaluaciones más el
20% correspondiente a ejercicios realizados en clase y extra-clase, participación en
actividades individuales y de equipo.
La evaluación de las prácticas de laboratorio se hará promediando la calificación de las
prácticas realizadas y reportadas, siendo necesario que el alumno cumpla con un mínimo del
80% de asistencias.
Para la evaluación del curso es indispensable que el alumno apruebe la parte teórica como la
parte práctica.
La calificación final de esta asignatura será el promedio de las calificaciones obtenidas en
la teoría y en la evaluación de prácticas
C
BIBLIOGRAFÍA
1
X
Cedeño Aguilar Benjamín “Apuntes de Electrotecnia III”,
Distribuidos por el
Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Esime-Zacatenco del IPN. México D.F.
2003.
2
X
Hayt, William H. Jr. y Kemmerly, Jack E. Análisis de Circuitos en Ingeniería. Traducido
de la Quinta Edición en Ingles de "Engineering Circuit Analysis", Editorial Mc.Graw- Hill
de México S.A. de C.V. Distrito Federal. México 200, 706 Páginas.
3
X
Irwin David J., "Análisis Básico de Circuitos en Ingeniería" Quinta Edición, Editorial
Prentice Hall , Mexico 1997, 952 Páginas.
4
X
5
X
6
X
Joseph A. Edminister, "Circuitos Eléctricos", Traducido de “Schaum´S Outline Of
Electrical Circuit” Tercera Edición, Mc. Graw-Hill, México D.F. 2003, 400 Páginas.
A Bruce Carlson., "Circuitos” (1ª. Edición) Editorial Thomson Learning, ISBN 970686-033-9.,México, D.F., 2001, Páginas. 840.
Dorf Richard y Svodova James. “Circuitos Elèctricos” (5a Ediciòn), Editorial
Alfaomega, ISBN 970-15-0855-6. Mèxico D.F., 884 Pàgs. 2004
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS
FÍSICO MATEMÁTICAS
PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA
1. DATOS GENERALES
ESCUELA:
Superior de Ingeniería Mecánica Y Eléctrica - Zacatenco
CARRERA:
Ingeniería Eléctrica
ÁREA:
BÁSICAS
ACADEMIA:
C. INGENIERÍA
SEMESTRE
D. INGENIERÍA
Circuitos Eléctricos
C. SOC. y HUM.
ASIGNATURA:
ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO:
Sexto
Análisis Circuitos Eléctricos III
Conocimientos de Circuitos Eléctricos
2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA: El alumno explicará los conceptos fundamentales del comportamiento
de los sistemas polifásicos bajo condiciones de operación balanceadas y desbalanceadas. Relacionará los
modelos matemáticos con el fenómeno físico de los elementos que constituyen un circuito eléctrico para
obtener su solución.
3. PERFIL DOCENTE: Ingeniero Electricista con experiencia en Circuitos Eléctricos
CONOCIMIENTOS
EXPERIENCIA
HABILIDADES
ACTITUDES
PROFESIONAL
docencia
y/o Dominio del tema y Colaboración con profesores
Conocimientos amplios en la En
en habilidad para enseñar los integrantes de la academia.
teoría y el análisis de: aplicaciones
conceptos
básicos
y Servir al instituto en la
circuitos eléctricos y sistemas Ingeniería Eléctrica.
aplicaciones
de
los enseñanza y mostrar una
eléctricos
de
potencia.
circuitos
eléctricos
en actitud de tutor hacia los
Conceptos básicos de teoría
Ingeniería Eléctrica.
alumnos. Ser justo en las
electromagnética
y
en
evaluaciones de los cursos
matemáticas en tópicos tales
atendidos como profesor.
como: cálculo diferencial e
Utilizar los conocimientos
integral,
ecuaciones
adquiridos para el desarrollo
diferenciales,
variable
tecnológico que requiere y
compleja y transformadas Z y
demanda el país.
de Fourier.
Responsabilidad
y
compromiso social.
ELABORÓ
REVISÓ
AUTORIZÓ
Dr. David Sebastián Baltazar
Presidente de Academia
Ing. Guillermo Santillán G
Subdirector Académico
M.en C. Jesús Reyes García
Director Esime-Zacatenco
FECHA:
enero del 2005