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1 de 9 INGENIERÍA ELÉCTRICA PROGRAMA DE ASIGNATURA ACTIVIDAD CURRICULAR: ELECTROTECNIA I Código: 950521 Año Académico: 2017 Área: ELECTROTECNIA Bloque: TECNOLOGIAS BASICAS Nivel: 2°. Tipo: Obligatoria Modalidad: Anual Carga Horaria total: Hs Reloj: 144 Hs. Cátedra: 192 Carga horaria semanal: Hs Reloj: 4h 30 min Hs. Cátedra: 6 Composición del equipo docente Profesores Titulares: Profesores Asociados: Ing. Cremaschi, Carlos Profesores Adjuntos: Auxiliares JTP: Auxiliares ATP 1°: Ing. Casterás, Leonardo Auxiliares ATP 2°: FUNDAMENTACIÓN Los procesos de generación, transmisión, distribución y aplicación de la energía eléctrica, requieren de un modelo teórico para su tratamiento. La Teoría General de los Circuitos es el modelo adecuado para analizar todas las conversiones energéticas involucradas en dichos procesos permitiendo el análisis, cálculo y predicción de los fenómenos que se desarrollan en los circuitos eléctricos , logrando una descripción suficientemente precisa de los mismos mediante la combinación de pocos elementos constitutivos (cuyas propiedades se justifican físicamente) , la definición de magnitudes específicas y la formulación matemática de leyes que las vinculan. Siendo los procesos antes nombrados el objeto de estudio de un ingeniero electricista, esta materia aporta la teoría necesaria para cualquier tema a abordarse en la especialidad. 2 de 9 OBJETIVOS Que el alumno sea capaz de modelar y analizar el comportamiento de circuitos eléctricos y electromagnéticos en CC y CA, en estado estacionario, a través del estudio de los elementos lineales y no lineales y las leyes fundamentales de la electrotecnia. CONTENIDOS a) Contenidos mínimos • Introducción a la electrotecnia. Terminología. • Elementos de circuito. Leyes fundamentales. • Circuitos eléctricos en CC. Teoremas y transformaciones de redes. • Energía y potencia. • Cálculo de líneas en CC. • Circuitos eléctricos no lineales. • Corriente alterna, régimen sinusoidal estacionario, generalización de los teoremas. Resonancia. • Sistemas polifásicos - Potencia. • Inducción mutua, magnetismo y circuitos magnéticos. Imanes. • Transformador. • Poliarmónicos. • Diagramas circulares. b) Contenidos analíticos Unidad Temática 1: Revisión de conceptos de carga eléctrica, intensidad de corriente, diferencia de potencial, fuerza electromotriz, potencia y energía eléctrica. Valores instantáneos. Ley de Ohm y leyes de Kirchoff. Fuentes ideales de tensión y de corriente. Fuentes reales. Equivalencia de fuentes. Fuentes independientes y dependientes. Métodos de las mallas y de los nodos. Aplicación a redes en corriente continua. Nociones sobre topología de redes. Unidad Temática 2: Redes lineales. Teoremas de Thevenin, Norton y Millman. Teorema de superposición. Teorema de reciprocidad, sustitución y compensación. Teorema de la máxima transferencia de potencia. Rendimiento. Aplicación a redes en corriente continua. 3 de 9 Unidad Temática 3: Corrientes y tensiones variables en el tiempo. Relaciones entre la tensión y la corriente y recíprocas en la resistencia, la inductancia y la capacidad. Elementos lineales bilaterales. Tensiones y corrientes periódicas, valores instantáneo, medio, medio de media onda y eficaz. Su medición. La excitación exponencial generalizada. Impedancia y admitancia. Circuitos en régimen permanente sinusoidal. Impedancia y admitancia complejas. Tensiones y corrientes complejas. Representación vectorial. Estudio analítico (álgebra compleja) y gráfico de circuitos en serie, en paralelo y mixtos. Potencia y energía en la resistencia, la inductancia y la capacidad. Potencia en los circuitos de corriente alterna monofásica. Potencia instantánea, activa, fluctuante, reactiva y aparente. Potencia compleja. Unidad Temática 4: Extensión de los métodos y teoremas de redes a régimen permanente sinusoidal. Impedancia y admitancia de entrada y de transferencia. Resonancia en las redes eléctricas. Circuito serie y paralelo. Resonancia por variación de parámetros y de la frecuencia. Factor de mérito. Sobretensiones y sobreintensidades. Resonancia en circuitos mixtos. Teorema de la máxima transferencia de potencia en corriente alterna. Factor de potencia. Consideraciones técnico- económicas. Compensación. Circuitos con parámetros variables. Diagramas de impedancia, admitancia, tensiones y corrientes. Unidad Temática 5: Inductancia. Vectores, campo magnético e inducción. Flujo magnético. Aplicación de Ley de Ampere. Energía almacenada. Inductancia mutua. Coeficiente de acoplamiento. Terminales homólogos. Su identificación. Energía almacenada en redes con acoplamiento magnético. Circuitos con acoplamiento magnético: serie, paralelo y mixto. Ecuaciones circuitales del transformador. Resolución. Circuito conductivo equivalente. Impedancia de entrada. Relaciones de transformación. Conservación de la potencia aparente. Unidad Temática 6: Sistemas polifásicos. Campo magnético giratorio. Su generación y aplicaciones. Breves nociones sobre generación. Secuencia. Sistemas trifásicos simétricos. Conexión en estrella y en triángulo de fuentes y cargas. Esquema unifilar equivalente. Potencia instantánea, activa, reactiva y aparente en sistemas simétricos. Corrección de factor de potencia. Sistemas asimétricos. Método del 4 de 9 desplazamiento del neutro. Medición de potencia en circuitos polifásicos: teorema de Blondell. Método de Aron. Unidad Temática 7: Poliarmónicas. Valor eficaz. Potencia activa, reactiva, aparente y de deformación. Factor de potencia. Resonancia de armónicas. Circuitos alinéales con tensión senoidal. Corriente de vacío del transformador. Unidad Temática 8: Circuito Magnético en corriente continua y corriente alterna. Fuerza magnetomotriz y tensión magnética. Ley de Hopkinson. Símil eléctrico de los circuitos magnéticos. Reluctancia. Ley de Faraday-Lenz. Fuerza electromotriz inducida. Relaciones con el flujo. Pérdidas por histéresis y corrientes parásitas. Bobina con núcleo de acero. Diagrama vectorial y circuito equivalente. Armónicas en sistemas trifásicos. Lazo de histéresis. El electroimán. Fuerza portante. Circuitos con imanes permanentes. Nociones sobre materiales para imanes. DISTRIBUCIÓN DE CARGA HORARIA ENTRE ACTIVIDADES TEÓRICAS Y PRÁCTICAS Tipo de actividad Carga horaria total en hs. reloj Carga horaria total en hs. cátedra Teórica 104 139 Formación Práctica 40 53 Formación experimental 20 26 Resolución de problemas 20 27 Proyectos y diseño 0 0 Práctica supervisada 0 0 5 de 9 ESTRATEGIAS METODOLÓGICAS a) Modalidades de enseñanza empleadas según tipo de actividad (teórica-práctica) Las clases se desarrollan mediante una exposición teórica de los conceptos de la materia, con una posterior realización de ejercicios mediante una guía que se entrega a los alumnos. La intervención de los alumnos se realiza trabajando en forma grupal en la resolución de los problemas y también con el desarrollo de los mismos en el pizarrón por parte de un alumno. Los alumnos además realizarán 4 trabajos de Laboratorio en el cual, podrán llevar a cabo ensayos en los cuales comprobarán lo analizado durante las clases teóricas. Los ensayos a realizar serán los siguientes: • Ensayo de circuitos resonantes • Ensayo de un circuito trifásico • Ensayo de circuitos acoplados. • Ensayo de poliarmónicas. b) Recursos didácticos para el desarrollo de las distintas actividades (guías, esquemas, lecturas previas, computadoras, software, otros) Los recursos didácticos a utilizar serán guías de ejercicios y ensayos de laboratorio. Se utilizará proyector y pizarra. EVALUACIÓNa) Modalidad (tipo, cantidad, instrumentos) • Mediante la realización de ejercicios en forma individual o grupal durante las clases. • Mediante 2 (dos) exámenes parciales escritos teórico prácticos indicados en el cronograma. • Mediante la confección de informes de trabajos prácticos de los laboratorios indicados en el cronograma. 6 de 9 b) Requisitos de regularidad • Aprobación de los exámenes parciales, siendo estos de carácter teórico-prácticos (con dos recuperatorios por parcial) con nota igual o superior a 6 (seis). • Cada evaluación parcial tiene dos recuperatorios, el primero en diciembre y el segundo en febrero, según lo acordado por el Consejo Departamental de Eléctrica (CDE). • Aprobación de los informes de Laboratorio respetando la siguiente modalidad de entrega: o Primera entrega: A la semana de realizado el trabajo práctico se presenta un borrador. o Segunda entrega: A la segunda semana de realizado el trabajo práctico se presenta el informe terminado en el formato oficial, con posibilidad de una última corrección. o Tercera semana: A la tercera semana se realiza la última entrega del informe, en caso de no estar aprobado deberá realizar nuevamente el laboratorio. • Asistencia al 75% de los laboratorios. • Asistencia al 75% de las clases, según los registros de Bedelía. c) Requisitos de aprobación Aprobación Directa (Promoción) • La cátedra utilizará el criterio 3A según las configuraciones opcionales sugeridas por el nuevo reglamento de estudios: o Modalidad de evaluación: Ascendente (el segundo parcial es integrador del primero) o Nota mínima para promoción: Sumar 15 (quince) puntos entre los dos parciales y tener un 8 (ocho) o más en el segundo. o El recuperatorio para llegar a la promoción en caso de desaprobación es uno por cursada. o En caso de recuperar se establecerá la “actualización de nota”, por lo que la nota del recuperatorio reemplazará a la del parcial de forma irrevocable con el impacto negativo o positivo que genere a la situación anterior. Observación: Sólo se podrá recuperar para lograr la promoción, en la primera instancia de recuperación (diciembre) independientemente que sea el primero o el segundo parcial. • Haber aprobado los informes de Laboratorio respetando la modalidad descripta en el punto b) “Requisitos de Regularidad”. 7 de 9 Observación: La condición de 75% de asistencia a los TPs de laboratorio permite no asistir únicamente a 1 (un) ensayo de laboratorio para la consecución de los objetivos propuestos (PROMOCION DIRECTA). En caso de no asistir a una cantidad de laboratorios mayor, el alumno deberá recuperar aquellos trabajos prácticos a cuyos ensayos no hubiera asistido a través de un examen relacionado con los mismos; la superación con éxito de esta instancia, le permitirá acceder a la aprobación de la cursada y firma de la materia, aunque quedará inhabilitado para aprobar de manera directa la misma (promocionar). • De lograrse estas condiciones, no serán exigidas las correlatividades estipuladas en el plan. Aprobación No Directa (Examen Final) • De no haberse alcanzado las condiciones de aprobación directa, pero logradas las condiciones de regularidad, el alumno tiene cursada la materia y puede presentarse al examen final. • El estudiante que se inscriba al examen final en un plazo no mayor de un ciclo lectivo siguiente al de cursado, no le serán exigidas las asignaturas correlativas especificadas en el plan para rendir. • El examen final, que tendrá carácter teórico-práctico, se aprobará con nota igual o superior a 6 (seis). ARTICULACIÓN HORIZONTAL Y VERTICAL CON OTRAS MATERIAS La materia articula verticalmente con Integración Eléctrica I (que la precede) y con Electrotecnia II, Teoría de los campos. Horizontalmente lo hace con las materias de básicas del mismo nivel. 8 de 9 CRONOGRAMA ESTIMADO DE CLASES Semana Tema Tipo de Actividad Teórica Práctica 1 Introducción al curso + Reglamento Unidad Temática 1 ● 2 Unidad Temática 1 ● ● 3 Unidad Temática 1 ● ● 4 Unidad Temática 2 ● 5 Unidad Temática 2 ● ● 6 Unidad Temática 2 ● 7 Unidad Temática 3 ● 8 Unidad Temática 3 ● ● 9 Unidad Temática 3 ● 10 Unidad Temática 3 ● 11 Unidad Temática 4 ● 12 Unidad Temática 4 ● ● 13 Unidad Temática 4 ● 14 TP Laboratorio N° 1 - Resonancia ● 15 TP Laboratorio N° 1 - Resonancia ● 16 Unidad Temática 5 ● ● 17 Unidad Temática 5 ● 18 Unidad Temática 8 (clase especial) ● 19 TP Laboratorio N° 2 - Circuitos Acoplados ● 20 TP Laboratorio N° 2 - Circuitos Acoplados ● 21 Examen Parcial N° 1 - - 22 Unidad Temática 6 ● 23 Unidad Temática 6 ● ● 24 Unidad Temática 6 ● 25 TP Laboratorio N° 3 – Sist. Polifásicos ● 26 TP Laboratorio N° 3 – Sist. Polifásicos ● 27 Unidad Temática 7 ● 28 Unidad Temática 7 ● 29 Unidad Temática 7 ● ● 30 Unidad Temática 7 ● 31 TP Laboratorio N° 4 - Corrientes y Tensiones Poliarmónicas ● 32 Unidad Temática 8 - - 33 Examen Parcial N° 2 - - 34 Firma de Libretas - - 9 de 9 BIBLIOGRAFÍA OBLIGATORIA � Hayt, William y Kemmerly, Jack: Analisis de circuitos en Ingeniería. Mc Graw Hill, Madrid.2007 � Dorf - Svoboda: Circuitos Eléctricos. Alfaomega. México. 2006 � Zeveke, G. V. y Ionkin, P. A., Principios de Electrotecnia, Tomo I, Editorial Cartago, Bs. As., 1959. � Nilsson, James W., Circuitos Eléctricos, Pearson Educacion , México , 2001. BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA � Skilling: Circuitos en Ingeniería. Del Colegio. Bs. As. 2003 � Spinadel, Erico: Circuitos Eléctricos y Magnéticos. Nueva Librería. Bs. As. 2004 � CARLSON, BRUCE: Teoria de Circuitos. Thomson. Madrid. 2002 � Edminister, Joseph A., Circuitos Eléctricos. Teoría y 350 problemas resueltos, Mc Graw Hill - Schaum, México, 1970 � Apuntes de la cátedra