Máquinas eléctricas I

PROGRAMA DE ESTUDIOS: MÁQUINAS ELÉCTRICAS I
PROTOCOLO
Fechas
Mes/año
Clave
02 – 2007
Elaboración
Nivel
Licenciatura
Aprobación
Ciclo
Aplicación
Colegio
Plan de estudios del que forma parte:
6to.
Semestre
1-CT-SE-09
X
Maestría
Doctorado
Integración
Básico
Superior
H. y C.S.
C. y T.
X
X
C. y H.
Ingeniería en Sistemas Energéticos
Propósitos generales: Que el estudiante conozca los principios generales de las máquinas eléctricas, como son:
transformadores, motores de corriente directa, y que realice un análisis de las mismas que le permitan una correcta
aplicación dentro de los sistemas eléctricos.
Carácter
Indispensable X
Optativa *
Modalidad
Horas de estudio semestral (16 semanas)
Taller
Con
Teóricas
72 Autónomas Teóricas
Docente
Prácticas
48
Prácticas
Carga horaria semanal:
Carga horaria
7.5
semestral:
Seminario
Curso
X Curso-taller
Laboratorio
X Clínica
72
48
120
Asignaturas Posteriores:
Asignaturas Previas
Teoría de los circuitos.
Máquinas eléctricas II.
Requerimientos
Conocimientos generales de física, de matemáticas: números reales y números complejos.
para cursar la
Conceptos de circuitos eléctricos, electricidad y magnetismo
asignatura
Perfil deseable
del profesor:
Licenciatura o Posgrado en algún área relacionada con la ingeniería mecánica o eléctrica
Academia responsable del programa:
Programa de Energía
Diseñadores:
Dr. Álvaro Eduardo Lentz Herrera, M. en I. Fernando Gabriel
Arroyo Cabañas, Dr. Gerardo Canizal, M. en I. Carlos
Chávez Baeza
*Aquellas en las que se ofrece la posibilidad de cursar una de las asignaturas, para cubrir un requisito INDISPENSABLE
será considerada INDISPENSABLE.
Ingeniería en Sistemas Energéticos, Programa de Máquinas eléctricas I
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PROGRAMA DE ESTUDIOS
MÁQUINAS ELÉCTRICAS I
INTRODUCCIÓN
Una máquina eléctrica es un dispositivo que puede convertir energía mecánica en energía eléctrica o
convertir energía eléctrica en energía mecánica, cuando se usa para convertir energía mecánica en
eléctrica se le llama generador, asimismo, cuando convierte energía eléctrica en energía mecánica,
se le llama motor. Puesto que una máquina eléctrica puede convertir potencia en uno u otro sentido,
cualquier máquina se puede usar como motor o como generador. Prácticamente todos los motores y
generadores convierten energía de una forma en otra mediante la acción e un campo magnético, por
lo en este programa de estudios se abordaran máquinas eléctricas que utilicen campos magnéticos
para la conversión de energía.
Los motores y los generadores eléctricos son tan comunes en nuestros días debido a que utiliza
energía eléctrica, que es una fuente de energía limpia en sitio y eficiente, un motor eléctrico no
requiere de un sistema de combustible que necesita una máquina de combustión interna, por lo cual
resulta muy apropiado para usos en ambientes donde la contaminación asociada con la combustión
resulta perjudicial; aunque la conversión de energía térmica o mecánica en energía eléctrica puede
efectuarse en sitios distantes donde se generan los contaminantes, para luego transmitirse hasta el
sitio donde ha de utilizarse en cualquier casa oficia o fábrica. Los transformadores colaboran en este
proceso reduciendo las pérdidas de potencia entre el sitio de generación y el sitio de su utilización. El
curso requiere exposiciones del profesor y desarrollo de ejemplos por parte de los estudiantes,
además se espera conozca los aspectos relacionados para llevar a cabo el análisis de las máquinas
eléctrica de c.c. y transformadores, que sea capaz de realizar pruebas diagnósticas, esperando al
final del curso el desarrollo de estas habilidades.
El curso es una asignatura fundamental para quienes desean formarse como ingenieros, ya que
permite construir habilidades básicas dentro las actividades profesionales en ingeniería.
PROPÓSITOS GENERALES
Que el estudiante conozca los principios generales de las máquinas eléctricas, como son: los
transformadores, los motores y generadores de corriente directa, y que realice un análisis de las
mismas que le permitan una correcta aplicación dentro de los sistemas eléctricos.
PLANEACIÓN ESPECÍFICA
UNIDAD 1. ANTECEDENTES
Propósitos específicos
Que el estudiante tenga los conocimientos de los principios básicos de las máquinas eléctricas,
reforzando el conocimiento previamente adquirido, para que entienda con claridad los temas de las
unidades subsecuentes mediante la exposición en clase.
Ingeniería en Sistemas Energéticos, Programa de Máquinas eléctricas I
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Temas y subtemas
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
Máquinas eléctricas.
Movimiento rotacional y leyes de potencia.
Campo magnético.
Ley de Faraday.
UNIDAD 2. CARACTERÍSTICAS DE LOS CIRCUITOS MAGNÉTICOS
Propósitos específicos
Que el estudiante adquiera el conocimiento sobre los circuitos magnéticos, su aplicación y
características que le permitan la comprensión de su aplicación en los temas siguientes, mediante la
exposición en clase, la resolución de ejercicios y la presentación de ejemplos de aplicación en la
ingeniería eléctrica.
Temas y subtemas
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
2.7.
2.8.
2.9.
2.10.
Concepto de circuito magnético.
Excitación de núcleos ferromagnéticos con corriente directa.
Curva de magnetización y saturación.
Energía magnética almacenada.
Excitación de núcleos ferromagnéticos con corriente alterna.
Pérdidas por corrientes parásitas.
Laminación.
Factor de apilamiento.
Reactor con núcleo ferromagnético.
Circuito equivalente.
UNIDAD 3. TRANSFORMADORES
Propósitos específicos
Que el estudiante tenga los conocimientos de los principios básicos de los transformadores, que sea
capaz de realizar un análisis de los mismos, dentro de los sistemas eléctricos mediante la exposición
en clase y la realización de ejercicios de aplicación.
Temas y subtemas
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
3.5.
3.6.
3.7.
3.8.
3.9.
Tipos de transformadores y formas constructivas.
Estructura del transformador, FEM inducida, Relación de transformación y Polaridad.
Deducción del circuito equivalente.
Por ciento y por unidad de impedancia.
Circuitos equivalentes aproximados y diagrama de favores.
Análisis de comportamiento bajo distintas cargas.
Regulación y rendimiento del transformador.
Auto-transformadores.
Especificaciones y normas.
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3.10. Conexión de transformadores.
3.11. Requisitos de polaridad, transformación, impedancia, secuencia y desplazamiento angular.
3.12. Transformadores trifásicos, características y ventajas.
UNIDAD 4. FUNDAMENTOS DE LAS MÁQUINAS DE CORRIENTE CONTÍNUA
Propósitos específicos
Que el estudiante adquiera los conocimientos básicos de las máquinas de corriente continua (c.c.)
que le permitan una mejor comprensión del uso y aplicación de los motores y generadores de c.c.
Temas y subtemas
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
4.5.
Espira giratoria entre dos polos.
Conmutación en máquinas de c.c.
Ecuaciones en las máquinas de c.c.
Construcción de máquinas de c.c.
Flujos de potencia y pérdidas en las máquinas de c.c.
UNIDAD 5. GENERADORES DE CORRIENTE CONTINUA
Propósitos específicos
Que el estudiante tenga los conocimientos de los principios básicos de los generadores de corriente
continua, que sea capaz de realizar un análisis de los mismos, dentro los sistemas eléctricos
mediante la exposición en clase y la realización de ejercicios de aplicación dentro del campo de la
ingeniería eléctrica.
Temas y subtemas
5.1.
5.2.
5.3.
5.4.
5.5.
5.6.
5.7.
5.8.
5.9.
Circuito equivalente.
Normatividad aplicable.
Curva de magnetización.
Generador con excitación independiente.
Generador con excitación en derivación.
Generador con excitación en serie.
Generador con excitación compuesta acumulativa.
Generador con excitación compuesta diferencial.
Operación en paralelo de generadores de c.c.
UNIDAD 6. MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA
Propósitos
Que el estudiante tenga el conocimiento de los principios básicos de los motores de corriente
continua, que sea capaz de realizar un análisis de los mismos, dentro los sistemas eléctricos
mediante la exposición en clase y la realización de ejercicios de aplicación dentro del campo de la
ingeniería eléctrica.
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Temas y subtemas
6.1.
6.2.
6.3.
6.4.
6.5.
6.6.
6.7.
6.8.
Circuito equivalente de un motor de c.c.
Normatividad aplicable.
Motores con excitación independiente y con excitación en derivación.
Motor de imán permanente.
Motor en serie.
Motor con excitación compuesta.
Arrancadores de los motores de c.c.
Eficiencia en los motores de c.c.
METODOLOGÍA PARA EL CURSO
La parte inicial de cada una de las unidades del curso será expositiva para establecer las
generalidades del mismo y brindarles un marco teórico del tema, posteriormente se afianzarán los
conocimientos vistos en cada unidad mediante el desarrollo de ejemplos prácticos en clase y revisión
de casos de máquinas de c.c. y transformadores ya existentes.
Los estudiantes deberán realizar investigación bibliográfica de cada uno de los temas vistos; se les
proporcionará material adicional en forma de tareas y ejercicios, para que desarrollen sus
habilidades en conocimiento y estudio de las máquinas eléctricas de c.c. y transformadores; y se les
ofrecerán asesorías, cuya finalidad será brindarles apoyo sobre los temas abordados mediante
ejemplos prácticos de en clase, tareas y ejercicios; es deseable realizar una visita o prueba de
campo, en la que se pueda o visitar una instalación eléctrica industrial, reafirmando el conocimiento
visto en clase.
EVALUACIÓN DIAGNÓSTICA
Los estudiantes de la asignatura deberán tener conocimientos de circuitos eléctricos, en particular en
el manejo de cálculos de cargas y elaboración de circuitos equivalentes.
EVALUACIÓN FORMATIVA
Debido al contenido de los temas se recomienda realizar dos evaluaciones formativas, la primera al
finalizar tercera unidad para verificar que los estudiantes se hayan apropiado los conocimientos
básicos de las máquinas eléctricas, circuitos magnéticos y transformadores eléctricos.
La segunda evaluación se recomienda llevarla acabo al finalizar la sexta unidad, para que el
estudiante demuestre sus habilidades al distinguir las características de los motores y generadores
de corriente continua.
En caso de que el grupo requiera mayor atención para subsanar algunas deficiencias, una vez que
se conozca el resultado de cada Evaluación Formativa, se podrán a disposición una o dos clases del
curso (según sea el caso) para abundar en aquellos temas en los que los estudiantes requieran
mayor profundidad; o bien, como parte de las asesorías se incluirá un mayor número de ejercicios
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que les permitan a los estudiantes mejorar sus habilidades en el dibujo y al mismo tiempo consoliden
los conceptos vistos en clase.
EVALUACIÓN PARA CERTIFICACIÓN
Los estudiantes deberán mostrar los siguientes conocimientos; demostrara su conocimiento de los
circuitos magnéticos y la correcta aplicación de los transformadores eléctricos, sea capaz de realizar
el dimensionamiento de los motores eléctricos y la correcta aplicación del motor a utilizar en las
diversas aplicaciones. Finalmente, ser capaz de realizar el dimensionamiento de los generadores
eléctricos y la correcta aplicación del motor a utilizar en las diversas aplicaciones. Conocerá las
normas aplicables de los motores eléctricos.
Como indicadores para la Evaluación para Certificación se considerarán los siguientes; la habilidad
de reconocer principales elementos y tipos de transformadores eléctricos. La habilidad de reconocer
principales elementos y tipos de generadores eléctricos de c.c. y reconocer principales elementos y
tipos de motores eléctricos de c.c.
BIBLIOGRAFÍA BÁSICA




Chapman, S. J. Máquinas Eléctricas, México. McGraw Hill, 1998.
Mohamed E. El-Hawary. Principles of Electric Machines with Power Electronic Applications,
2nd edition, Wiley-IEEE Press, 2002.
Charles I. Hubert. Electric Machines: Theory, Operating Applications and Control, 2nd Edition.
Prentice may, 2002.
Anthony J. Pansini, Basics of Electric Motors, 2nd ed. PennWell Books, 1996.
BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA





P.C. Sen. Principles of Electric Machines and Power Electronics, 2nd ed. John Wiley & Sons,
1997.
Amador Víctor Pérez. Generadores, motores y transformadores. UNAM México, 1994.
Fitzgerald, Kingley y Kusko. Electrical Machinery. McGraw Hill. México, 2004.
www.ieee.org
www.energía.gob.mx
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