Electrotecnia

Carrera:
Materia:
Año:
Régimen:
Curso:
Ingeniería en Alimentos
Electrotecnia
2016
Semestral
4º año – 2º cuatrimestre
Docentes responsables
Profesor Titular:
Profesor Adjunto:
Ing. Raúl Villar
Dra. Patricia Repossi
Carga Horaria
Horas Totales:
64 hs. (48 hs. reloj)
Requisitos necesarios para cursar la materia
Cursada para cursar, aprobada para rendir: Termodinámica Aplicada.
Aprobada para rendir: Física III.
Objetivos generales de la materia
Formar al alumno en el campo de la Electrotecnia como ciencia básica y en aquellos tópicos que corresponda
como ciencia aplicada, usando para tal fin además de problemas ordinarios de la materia, algunos tomados de
la realidad misma adecuados al nivel y a las necesidades del futuro profesional relacionados con el objetivo de
la carrera.
Programa
Tema I: Corriente y resistencia.
Introducción. Corriente eléctrica: Definición, Otros portadores, Sentido convencional y electrónico de la
corriente, Cálculo de la corriente y de la densidad de corriente. Ley de Ohm, resistencia eléctrica, conductividad
y resistividad. Resistencias lineales y no lineales. Trabajo o energía y potencia eléctrica. Equilibrio térmico y
temperatura de régimen de conductores. Generación de calor y capacidad térmica de circuitos. Punto de
trabajo de una resistencia en un circuito. PROBLEMAS PROPUESTOS.
Tema II: Circuitos de corriente continua.
Introducción. Elementos de circuitos: Fuente ideal de tensión, Fuente ideal de corriente, Fuentes reales de
tensión y corriente, Fuentes controladas o fuentes dependientes: Fuente de tensión controlada por tensión
(FTCT); Fuente de tensión controlada por corriente (FTCC); Fuente de corriente controlada por tensión (FCCT);
Fuente de corriente controlada por corriente (FCCC); Elementos activos, suministro o absorción de energía;
Elementos pasivos, resistor, inductor y capacitor. Circuitos: Introducción, Leyes de Kirchhoff: Primera ley de
Kirchhoff (principio de conservación de la carga); Segunda ley de Kirchhoff (principio de conservación de la
energía), Aplicación de las Leyes de Kirchhoff. PROBLEMAS PROPUESTOS.
Tema III: Topología y métodos de resolución de circuitos.
Introducción: Conjunto mínimo de corrientes de rama, Conjunto mínimo de tensiones de rama. Topología de
circuitos: Definición, Subcircuitos árbol y enlaces, Grafo o gráfica de un circuito, Rama y malla orientada.
Métodos de resolución de circuitos: Método de las corrientes ficticias de malla, Método sistemático de mallas,
Malla fundamental, Método de los potenciales de nodo, Método sistemático de nodos, comparación formal de
métodos sistemáticos, Sección de corte fundamental. Circuitos con fuentes ideales no convertibles:
Equivalencia entre fuentes reales de tensión y corriente, Casos conflictivos, Singularidades en circuitos. Otras
configuraciones útiles de fuentes ideales: Paralelo de fuentes ideales de tensión y corriente, Serie de fuentes
ideales de corriente y tensión. PROBLEMAS PROPUESTOS.
Tema IV: Teoremas, técnicas y equivalencias de circuitos.
Introducción. Técnica de resolución de circuitos en escalera: Funciones de transferencias, Resistencia de
entrada o de excitación. Técnica de divisores de tensión y corriente: Divisor de tensión, Divisor de corriente.
Técnica de eliminación de mallas y nodos o conversión estrella-triángulo. Teorema de superposición. Teorema
de circuitos de dos terminales: Thevenin, Norton, Resumen de aplicación de los Teoremas de Thevenin y
Norton, Equivalencia entre fuentes reales de corriente y tensión, Generalización sobre los teoremas de
Thevenin y Norton. Teorema de reciprocidad. Cuadripolos o redes de dos puertos. Teorema de máxima
transferencias de energía. PROBLEMAS PROPUESTOS.
Tema V: Aplicaciones de la Ley de Faraday-Lenz.
Introducción. Flujo de inducción magnética. Flujo concatenado “φ”.Bobina apretada. Ley de Faraday-Lenz. Flujo
total concatenado “λ”.Inducción: Tensión inducida debida a la auto inductancia, Tensión inducida debida a la
mutuainductancia, Fem inducida y caída inductiva, Composición de flujos propios y mutuos, acoplamiento
magnético: Acoplamiento no deseado, Acoplamiento fuerte, Representación en parámetros circuitales, Signo
del flujo mutuo o método del punto, Coeficiente de acoplamiento, Equivalente simplemente conexo de
acoplamientos magnéticos, Relación entre “v 1 (t)” y “v 2 (t)”, Relación entre “i 1 (t)” e “i 2 (t)”, Tipos de
acoplamientos magnéticos usados como transformadores, Circuitos magnéticos, leyes fundamentales y
resolución de casos típicos. Energía magnética o electrocinética y curva de magnetización. Energía y potencia
transferida y absorbida por un acoplamiento magnético. Generador de corriente alterna monofásico:
Fundamento de la máquina, Relación entre ángulo geométrico o mecánico y ángulo eléctrico. Efectos debidos a
“B(t)”: Corrientes de Foucault, Efecto skin. PROBLEMAS PROPUESTOS.
Tema VI: Circuitos de corriente alterna en variable real.
Introducción. Generador de CA monofásico más elemento pasivo simple: Generador de fem alternada
sinusoidal más resistencia, Generador de fem alternada sinusoidal más inductancia, Generador de fem
alternada sinusoidal más capacitancia, Reactancia y susceptancia, Circuito RLC serie con fem alternada
sinusoidal: Conclusión general; Graficación de variables; Impedancia y admitancia; Circuito RLC paralelo con
fuente de corriente alternada sinusoidal, Resonancia. Operación con funciones armónicas: Expresión
rectangular de funciones armónicas, Suma de funciones armónicas de igual frecuencia. Potencia en circuitos de
CA: Generalización de los conceptos de energía y potencia, Potencia instantánea, Valor medio cuadrático,
eficaz y potencia media, Cálculo del valor medio cuadrático y eficaz de una función senoidal del tiempo,
Potencia en corriente alterna, absorbida (entretenida) por una bobina, Potencia en corriente alterna, absorbida
(entretenida) por un condensador, Cálculo de la energía o potencia entretenida verdadera, de cuarto de ciclo.
Potencia en corriente alterna, absorbida (consumida) por una resistencia, Generalización de potencia en CA,
absorbida por una impedancia. Cálculo de energía y potencia según la configuración del modelo. Caso de
componentes en paralelo. Caso de componentes en serie. Acoplamientos magnéticos en corriente alterna:
Introducción, Modelo del transformador para análisis electrónico, Modelo del transformador para sistemas de
potencia. PROBLEMAS PROPUESTOS.
Tema VII: Circuitos de corriente alterna en variable compleja.
Fasor y circuitos con fuentes complejas. Generador de “fem” compleja mas carga: Generador mas resistencia,
Generador mas inductancia, Generador mas capacitancia, Circuito “RLC” serie con “fem” compleja, Circuito
“RLC” paralelo con “fem” compleja, Resumen de aplicación del método complejo. Triángulo de impedancia y de
admitancia. Resonancia serie y paralelo. PROBLEMAS PROPUESTOS.
Tema VIII: Potencia compleja y factores asociados.
1.- Introducción: 1) Potencia activa, 2) Potencia reactiva, 3) Potencia compleja y triángulo de potencia. 2.Factor de potencia, compensación y factor de reactivo: 1) Factor de potencia, 2) Factor de reactivo. 3.- Factor
de mérito: 1) Introducción, 2) Factor de mérito de una bobina, 3) Factor de mérito de un condensador, 4)
Factor de mérito en circuitos reactivos resonantes, 5) Factor de mérito y ancho de banda. PROBLEMAS
PROPUESTOS.
Tema IX: Tratamiento fasorial de acoplamientos magnéticos y transformador.
Tratamiento fasorial de circuitos con acoplamientos magnéticos: Generalidades, Conversión de un circuito
acoplado a simplemente conexo, Generalización de resolución de circuitos. Acoplamiento magnético fuerte:
Generalidades, Flujo de dispersión. Transformador: Generalidades, Transformador ideal en vacío,
Transformador ideal en cortocircuito, Transformador ideal con resistencia de carga. PROBLEMAS PROPUESTOS.
Tema X: Sistemas trifásicos.
Introducción. Circuitos trifásicos: Conexión de carga a generador trifásico, Conexión de generador trifásico a
carga usando retorno común, Conexión de generador trifásico en estrella a carga en estrella sin retorno común,
Conexión de generador trifásico y carga en triángulo, Otras formas de conexión entre generador y carga
trifásica, Generalización para cargas trifásicas de la conexión en paralelo. Sistemas trifásicos formados por dos
fuentes monofásicas. Conductor de neutro y retorno común. Conductor de tierra. Conductor de neutro cuando
no hay retorno común. Sistemas aislados. PROBLEMAS PROPUESTOS.
Tema XI: Potencia en sistemas trifásicos.
Introducción. Potencia en circuitos trifásicos. Potencia en circuitos trifásicos equilibrados: Conexión estrella,
Conexión triángulo. Potencia en circuitos trifásicos no equilibrados. Potencia absorbida por las impedancias de
carga. Potencia suministrada por la fuente. Potencias reactivas generadas. Potencias reactivas absorbidas.
PROBLEMAS PROPUESTOS.
Tema XII: Circuitos de utilización en corriente alterna y medición de potencia.
Circuitos de utilización. Medición de potencia. El medidor de potencia activa o vatímetro: Vatímetro, Vatímetro
de bajo factor de potencia. Uso del vatímetro. Medición de potencia en circuitos multifásicos: Generalidades,
Teorema de Blondel, Conexión Aarón: Carga trifásica inaccesible y equilibrada, Carga trifásica inaccesible y
desequilibrada, Conexión Aarón y factor de potencia. PROBLEMAS PROPUESTOS CAPITULO 12.
Tema XIII: Conceptos complementarios.
Introducción a máquinas rotantes: Máquinas de corriente continua, Máquinas de corriente alterna.
Fundamentos de electrónica. Papel de la electrónica en distintos aspecto de la tecnología. Componentes
electrónicos, semiconductores y alguno de sus usos.
Tema XIV: Conceptos de electrotecnia aplicada.
Introducción al concepto de instalación eléctrica. Tipos de circuitos. Componentes utilizados en circuitos.
Algunos aspectos sobre: Elección de circuitos, cálculo y medición de parámetros, Medidas de seguridad, puesta
a tierra de protección y del sistema, Protección de circuitos, interruptor diferencial y otros elementos de
maniobra y protección.
Programa de Trabajos Prácticos de Electrotecnia.
Trabajo Práctico nº 1: Resolución de circuitos de corriente continua (en aula).
Trabajo Práctico nº 2: Reconocimiento y manipulación de circuitos y sus componentes (en laboratorio).
Marco soporte del TP: Medición de resistencia con voltímetro y amperímetro.
Trabajo Práctico nº 3: Resolución de circuitos de corriente continua (en aula).
Aplicación método desarrollado, mallas, nodos, teoremas y equivalencias de circuitos.
Trabajo Práctico nº 4: Reconocimiento del funcionamiento y criterios de diseño de un circuito (en laboratorio).
Marco soporte del TP: Verificación de la capacidad térmica y de la caída de tensión de conductores de circuito.
Trabajo Práctico nº 5: Comprobación experimental de teoremas de circuitos (en laboratorio).
Marco soporte del TP: Teoremas de circuitos.
Trabajo Práctico nº 6: Resolución de circuitos de corriente alterna (en aula).
Trabajando con las funciones armónicas en función del tiempo.
Trabajo Práctico nº 7: Prácticas sobre circuitos de corriente alterna (en laboratorio).
Generación de una fem alternada sinusoidal. Para generarla se utiliza una bobina que gira a velocidad
constante en el campo formado por las bobinas de Helmholtz.
Aplicación de circuito y cálculo a un tubo fluorescente (en laboratorio).
Trabajo Práctico nº 8: Resolución de circuitos de corriente alterna (en aula).
Se trabaja con el método fasorial y se aplican los métodos de resolución de circuito vistos en corriente
continua, mallas, nodos y teoremas de circuitos.
Trabajo Práctico nº 9: Práctica sobre transformador (en laboratorio).
Determinación de la curva de magnetización de un núcleo ferromagnético. Se utiliza el montaje de aparato de
Epstein.
Práctica sobre transformadores monofásicos.
Trabajo Práctico nº 10: Resolución de circuitos de corriente alterna (en aula).
Aplicando el método fasorial se resuelven circuitos de corriente alterna considerando potencia, factores
asociados y resonancia.
Trabajo Práctico nº 11: Resolución de circuitos de corriente alterna trifásicos (en aula).
Aplicando el método fasorial se trabaja considerando potencia trifásica, factores asociados y se aplican los
métodos y teoremas de circuito desarrollados en corriente continua.
Trabajo Práctico nº 12: Para circuitos de corriente alterna trifásicos (en laboratorio).
Funcionamiento de circuitos de corriente alterna, Medición de potencia y Corrección del factor de potencia.
Trabajo Práctico nº 13 Máquinas rotantes (en laboratorio).
Se muestra el funcionamiento de las maquinas de CC y de CA.
Trabajo Práctico nº 14: Diseño parcial de instalación eléctrica (en laboratorio).
Utilizando un tablero de acrílico sobre el cual se arma la canalización de un circuito ramal típico.
Bibliografía
Obligatoria:
- Asociación Electrotécnica Argentina. Reglamentación para la ejecución de instalaciones eléctricas en
inmuebles: AEA 90364. Buenos Aires, 2006.
- Cathey, Jimmie J. Máquinas Eléctricas, Análisis y Diseño Aplicando Matlab. Editorial Mc Graw Hill 2001.
- Nilsson, James W. y Riedel, Susan A. Circuitos Eléctricos-Séptima Edición. 2004.
- Pueyo, Héctor O. y Marco, Carlos. Circuitos Eléctricos, Análisis de Modelos Circuitales, Tomo 1 y 2–Editorial
Alfaomega 2003.
- Sistemas de Potencia-Funcionamiento y Modelado de Componentes en Régimen Estacionario-Tomo 1Editorial EDUCA 2005.
- Villar, Raúl Roberto. Electrotecnia I, Fascículos correspondientes a los Temas 1, 2, 3, 4, 5 y 6 de la materia
del mismo nombre, editados por Educa – Buenos Aires 2007.
- Villar, Raúl Roberto. Electrotecnia I, teoría y problemas. – Ed. Educa – Buenos Aires 2001.
De consulta:
- “IEEE Recommended Practice for Electric Power Distribution for Industrial Plants” - Industrial and
Commercial Power System Committee of IEEE - Std 141-1976
- “IEEE Recommended Practice for Power System Analysis” - Power System Technologies Committee of IEEE
- Std 399-1980
- “Industrial Power Systems Handbook” Donald Beeman - Editorial McGraw-Hill - New York 1955
- “Standard Handbook for Electrical Engineers” - Donald G. Fink and H. Wayne Beaty - Editorial McGraw-Hill New York 1978
- E. E. Staff – MIT. Circuitos magnéticos y transformadores, - Editorial Revertè - Barcelona-Buenos AiresMéxico MCMLXV.
- Edminister, Joseph A., “Teoría y problemas de circuitos eléctricos” - Ed. McGraw Hill - México 1970.
- Electric and magnetic fields produced by transmission systems. Working group 36.01 - CIGRE 1980.
- Guillemin, Ernest A.,“Introducción a la teoría de circuitos” – Ed. Reverté MCMLIX.
- Huelsman, Lawrence P., “Teoría de Circuitos” – Ed. Pentice–Hall Hispanoamericana 1991.
- Principios de Circuitos Eléctricos-Octava Edición-Floyd.
- Quantitative evaluation of the visual impact of overhead lines. Working group 22.210 - CIGRE 1996.
- Sobrevila, Marcelo A., “Circuitos eléctricos y magnéticos” – Ed. Marymar Buenos Aires 1976.
- Van Valkenburg , M. E. “Análisis de redes” – Noriega Editores – México 1991.
- Villar, Raúl Roberto. Circuitos Eléctricos II, Fascículos correspondientes a capítulos 1, 2, 3, 4 y 5 de la
materia del mismo nombre, editados por Educa – Buenos Aires 2006.
Metodología de enseñanza
El proceso de Enseñanza – Aprendizaje se desarrollará a través de los siguientes métodos:
- Clases teóricas de pizarrón con participación activa de los alumnos.
- Resolución de problemas ordinarios.
- Clases de laboratorio y demostraciones prácticas con ensayos, en la Facultad de Ciencias
Fisicomatemáticas e Ingeniería (UCA).
- Algunos problemas de tipo abierto.
- Trabajos prácticos sobre el diseño y montaje de un circuito ramal típico de una instalación.
Metodología de evaluación
Las condiciones para aprobar la Cursada de la materia y estar habilitado para rendir Examen Final son:
- Evaluación de diagnóstico (como introducción).
- Parcial.
- Parcial de recuperación.
- Aprobación de 14 TP entre aula y laboratorio.
- Carpeta con la totalidad de los problemas resueltos.
Para aprobar la materia el alumno deberá dar un Examen Final teórico práctico, oral escrito.
Competencias terminales
Con los temas propuestos, se espera que al finalizar el curso, el alumno esté en condiciones de poder efectuar
y/o interpretar resultados de algunos tipos de problemas eléctricos reales relacionados. A su vez que tenga las
bases necesarias para abordar la materia de Ingeniería de Instalaciones.