UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE INGENIERÍA APLICADA SILABO I. INFORMACIÓN GENERAL Nombre del curso Código del curso Especialidades Condición Ciclo de estudios Pre - requisito Número de créditos Total de Horas semanales Teoría Práctica Sistema de evaluación Profesores de teoría : : : : : : : : : : : : Profesores de práctica : Máquinas Eléctricas ML 202 M3, M5, M6 Obligatorio 7to, 5to ML 140 (Circuitos eléctricos) 04 6 horas 3 horas 3 horas (incluye prácticas + laboratorios) F Mg. Ing. Gilberto Becerra Arévalo Mg. Ing. Javier Franco Gonzáles Ing. Emilio Marcelo Barreto Ing. Acel Floren Ladera II. SUMILLA Materiales ferromagnéticos. Circuitos magnéticos excitados con flujo magnético constante (con corriente continua). Circuitos magnéticos excitados con flujo magnético alterno senoidal (con voltaje alterno senoidal). El transformador monofásico. El autotransformador monofásico. Bancadas trifásicas y el transformador trifásico. Fundamentos de las Máquinas eléctricas rotativas y su clasificación. Máquinas eléctricas de corriente alterna: el motor trifásico de inducción en régimen permanente. Máquinas eléctricas de corriente continua: generadores y motores en régimen permanente. III. OBJETIVOS El curso de Máquinas Eléctricas es desarrollado de forma teórico-práctico, y tiene como objetivos que, al terminar el curso el estudiante: Conozca las características de los diferentes materiales ferromagnéticos y su relevancia en la fabricación de las máquinas eléctricas estáticas y máquinas eléctricas rotativas. Identifique los diferentes tipos de máquinas eléctricas estáticas y rotativas que existen en la industria, y conozca el principio de funcionamiento de las mismas. Comprenda que los modelos circuitales de las máquinas eléctricas estáticas y rotativas en régimen permanente constituyen una herramienta muy útil para estudiar su funcionamiento. Identifique las características técnicas de los transformadores y motores para su aplicación en la industria. Sea capaz de resolver problemas relacionados con las máquinas eléctricas estáticas y rotativas manipulando los parámetros que gobiernan el comportamiento de las mismas e interpretar sus resultados. IV. PROGRAMA UNIDAD I: MATERIALES FERROMAGNÉTICOS. CIRCUITOS MAGNÉTICOS EXCITADOS CON FLUJO MAGNÉTICO CONSTANTE (CON DC). CIRCUITOS MAGNÉTICOS EXCITADOS CON FLUJO ALTERNO SENOIDAL (CON AC) PRIMERA SEMANA Primera Sesión: Conceptos fundamentales del electromagnetismo: Densidad de flujo magnético (B), flujo magnético (Φm) e intensidad de campo magnético (H). Segunda Sesión: Relación entre B y H (permeabilidad magnética). Materiales ferromagnéticos: características magnéticas (ciclo de histéresis, curva B-H, etc.). Permeabilidad magnética relativa. SEGUNDA SEMANA Primera Sesión: Ley de Ampere. Aplicaciones de la Ley de Ampere en núcleos ferromagnéticos. Reluctancia magnética de un núcleo ferromagnético. Circuitos magnéticos: definición y ejemplos prácticos. Segunda Sesión: Circuitos magnéticos de sección rectangular sin entrehierro excitados con flujo magnético constante (con DC). Problemas. TERCERA SEMANA Primera Sesión: Circuitos magnéticos de sección rectangular con entrehierro excitados con flujo magnético constante (con DC). Circuitos magnéticos con ramas en serie excitados con flujo magnético constante (con DC). Segunda Sesión: Circuitos magnéticos de sección rectangular con ramas en paralelo excitados con flujo magnético constante (con DC).Problemas. Circuitos magnéticos alimentados con voltaje alterno senoidal: fuerza electromotriz inducida. CUARTA SEMANA Primera Sesión: Pérdidas de energía en los núcleos ferromagnéticos. Pérdidas por histéresis. Pérdidas por Foucault. Pérdidas totales o pérdidas en el fierro. Medición de las pérdidas en el fierro. Segunda Sesión: Corriente de excitación de un reactor de núcleo ferromagnético: forma de onda. Interpretación práctica de la corriente de excitación. . Modelo circuital del reactor de núcleo ferromagnético. Determinación de los parámetros del modelo circuital. Problemas. UNIDAD II: MÁQUINAS ELÉCTERICAS ESTÁTICAS: EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO. EL AUTOTRANSFORMADOR MONOFÁSICO. BANCADAS TRIFÁSICAS Y EL TRANSFORMADOR TRIFÁSICO EN RÉGIMEN ESTABLE QUINTA SEMANA Primera sesión: El transformador monofásico: Definición, aspecto Constructivo. El transformador monofásico ideal. Transformador monofásico ideal operando en vacío. Segunda Sesión: Transformador monofásico ideal operando con carga. Modelo circuital del transformador monofásico ideal. Circuitos equivalentes del transformador monofásico ideal referidos a uno sus lados: relación de impedancias. SEXTA SEMANA Primera Sesión: El transformador monofásico real: características, modelo o circuito equivalente exacto. Modelo o circuito equivalente aproximado. Modelos circuitales referidos a uno de sus lados. Segunda Sesión: Pruebas de control de calidad de los transformadores monofásicos. Prueba en vacío. Prueba de cortocircuito. Regulación de tensión del transformador monofásico de potencia. SÉPTIMA SEMANA Primera sesión: Eficiencia del transformador monofásico de potencia. Problemas. Segunda Sesión: Polaridad del transformador monofásico. Transformador monofásico conectado como autotransformador. Problemas. OCTAVA SEMANA Primera Sesión: Transformación de tensiones trifásicas: Bancadas trifásicas en conexión estrella (Y), en conexión delta (D) y en conexión mixta. Segunda Sesión: Transformadores trifásicos. Problemas. NOVENA SEMANA EXAMEN PARCIAL UNIDAD III: MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS: EL MOTOR TRIFÁSICO DE INDUCCIÓN O MOTOR ASÍNCRONO EN RÉGIMEN PERMANENTE DÉCIMA SEMANA Primera Sesión: Máquina eléctrica rotativa: generalidades, definición de generador y motor. Aspecto constructivo genérico de una máquina eléctrica rotativa. Tipos de máquinas rotativas. Principios básicos de la conversión electromecánica de la energía: Principio del generador y principio del motor. Segunda Sesión: Máquinas eléctricas de corriente alterna: generalidades, tipos. El motor trifásico de inducción: clasificación, aspecto constructivo del estator y del rotor. El campo magnético giratorio. DÉCIMO PRIMERA SEMANA Primera Sesión: Campo magnético giratorio en el motor trifásico de inducción. Velocidad del campo magnético giratorio. Principio de funcionamiento del motor trifásico de inducción. Campo magnético giratorio producido por el rotor. Requisitos que debe cumplir el rotor para el correcto funcionamiento del motor asíncrono. Segunda Sesión: Velocidad de deslizamiento y deslizamiento del motor de inducción. Frecuencia del rotor. Conexión de devanados e inversión del sentido de giro del motor trifásico de inducción. Determinación del circuito equivalente del motor trifásico de inducción: caso de rotor bloqueado y devanado rotórico en circuito abierto. DÉCIMO SEGUNDA SEMANA Primera Sesión: Caso de de rotor bloqueado y devanado rotórico en cortocircuito. Modelo circuital con el rotor en movimiento: circuito equivalente exacto en régimen estable, circuito equivalente aproximado. Determinación de los parámetros del modelo circuital del motor de inducción mediante pruebas de laboratorio: Prueba con corriente continua sobre el estator. Segunda Sesión: Prueba con rotor bloqueado o prueba de cortocircuito y prueba de rotor libre o prueba en vacío. Flujo o balance de potencias en el motor de inducción: eficiencia. Par o torque de rotación del motor trifásico de inducción: par útil, par desarrollado o par motor. Problemas. DÉCIMO TERCERA SEMANA Primera Sesión: Curva característica del par desarrollado del motor en función del deslizamiento. Comportamiento del motor con carga acoplada al eje. Expresión del par motor en función de los parámetros del modelo circuital. Par de arranque. Par máximo. Tipos de regímenes de funcionamiento del motor trifásico. Segunda Sesión: Tipos de arranque del motor de inducción. Formas de control de velocidad del motor de inducción. Selección de los motores de inducción. Problemas. UNIDAD IV: LA MÁQUINA ELËCTRICA DE CORRIENTE CONTINUA COMO GENERADOR Y COMO MOTOR EN RÉGIMEN PERMANENTE DÉCIMO CUARTA SEMANA Primera Sesión: La máquina eléctrica de corriente continua o máquina DC: aspecto constructivo. Campo magnético principal en el entrehierro. Máquina DC operando como generador: caso de máquina elemental de dos polos (expresión del voltaje generado). Colector o conmutador. Forma de onda del voltaje generado por la máquina elemental DC. Segunda Sesión: Devanado de armadura de una máquina real DC. Expresión del voltaje generado en una máquina real DC. Tipos de devanado de armadura. Aspectos importantes relacionados con el devanado de armadura: grados eléctricos y grados mecánicos, factor de paso de bobina, devanado de armadura de tipo múltiple. Reacción de armadura. DÉCIMO QUINTA SEMANA Primera Sesión: Modelo circuital del generador DC en régimen permanente. Generador DC operando con carga. Máquina DC operando como motor: Motor elemental (expresión del par o torque desarrollado). Motor real DC: expresión del torque desarrollado. Fuerza contraelectromotriz o contravolatje. Modelo circuital de la máquina DC operando como motor en régimen estable. Segunda Sesión: Problemas sobre el generador y motor DC. Tipos de máquinas DC como generador y motor. Modelo circuital en régimen estable de las máquina DC autoexcitadas para operación como generador o motor: máquina DC tipo shunt, máquina DC tipo serie y máquina DC tipo compaund. DÉCIMO SEXTA SEMANA Primera Sesión: Curva característica interna o curva de magnetización de la máquina DC. Autoexcitación del generador shunt. Flujo de potencia en el generador DC: eficiencia. Flujo de potencia en el motor DC: eficiencia. Curvas características de salida de los generadores DC: regulación de tensión. Segunda Sesión: Curvas características de salida de los motores DC: regulación de velocidad. Problemas. DÉCIMO SÉPTIMA SEMANA EXAMEN FINAL V. ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS Las clases se realizarán estimulando la participación activa de los estudiantes mediante el desarrollo de ejemplos de aplicación relacionados con su especialidad. Las clases teóricas serán complementadas con el desarrollo de prácticas de laboratorio. El profesor asesorará a los alumnos en la realización de los experimentos de laboratorio. VI. MATERIALES EDUCATIVOS Y OTROS RECURSOS DIDÁCTICOS Equipos: Una computadora personal para el profesor, ecran, proyector de multimedia y equipos de laboratorio para experimentos. Materiales: separatas, presentación de diapositivas en Power Point, materiales de laboratorio para experimentos. VII. EVALUACIÓN El promedio final se obtiene de la siguiente manera: PF = (EP + 2*EF + PP)/4 El Promedio de Prácticas (PP) es de la siguiente manera: PE = (P1+P2+P3)/3 EP = Examen parcial EF = Examen final VIII. BIBLIOGRAFÍA 1. JESÚS FRAILE MORA: Máquinas Eléctricas (sexta edición). Ed. McGRAWHILL/INTERAMERICANA DE ESPAÑA. 2008. 2. JUAN M. SUÁREZ CREO – BLANCA N. MIRANDA BLANCO (cuarta edición). Edita: Tórculo Edicións, S.L. 2006. 3. BHAG S. GURU y HUSEYIN R. HIZIROGLU: Máquinas Eléctricas y Transformadores (tercera edición).Ed. OXFORD UNIVERSITY. 2003. 4. STEPHEN J. CHAPMAN: Máquinas Eléctricas (cuarta edición). Ed. McGRAW-HILL. 2005. 5. VEMBU GOURISHANKAR: Conversión de Energía Electromecánica. Ed. Alfaomega. 6. LEANDER W. MATSCH: Máquinas Electromagnéticas Representaciones y Servicios de Ingeniería, S.A. México. y Electromecánicas. 7. KINGSLEY, KUSKO y FITZGERALD: Teoría y Análisis de las Máquinas Eléctricas. Editorial Hispano Europea. Barcelona. 5. PHILIP L. ALGER: Induction Machines – Their Behavior and Uses. Gordon and Breach Science Publishers S.A 6. PAUL C. KRAUSE – OLEG WASYNCZUK – SCOTT D. SUDHOFF: Analysis of Electric Machinery – IEEE PRESS. Lima, Enero del 2010
