Control Electrónico de Sistemas de Potencia

Transcripción

1 Para aplicar en el plan de estudios de la carrera de: INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA Nombre de la especialidad en competencias: Control Electrónico de Sistemas de Potencia (IELE-CEP ) Vigencia agosto 2014 a agosto 2017 Fecha de inicio agosto 2014

2 1.- DATOS DE LA ASIGNATURA Nombre de la Asignatura: Carrera. Clave de la asignatura : SATCA 1 Calidad y Uso eficiente de la Energía Eléctrica Ingeniería Eléctrica. CEC PRESENTACIÓN Caracterización de la asignatura. La asignatura Calidad y uso eficiente de la energía eléctrica es una materia que se integra en el plan de estudios con el propósito de promover en el estudiante la capacidad de identificar y corregir los factores que afectan la calidad de la energía eléctrica así como de cómo realizar diagnósticos energéticos en instalaciones eléctricas, realizando trabajo individual y en equipo; que permitan la integración de tecnologías en problemas del entorno profesional, aplicando normas técnicas y estándares nacionales e internacionales. Al crear, innovar y transferir tecnología aplicando métodos y procedimientos en proyectos de ingeniería, se considera el desarrollo sustentable del entorno y la aplicación de las nuevas Tecnologías de la información y de la comunicación, para la adquisición y el procesamiento de datos, así como para simular modelos que permitan predecir el comportamiento de la calidad y uso eficiente de la energía en instalaciones eléctricas empleando plataformas computacionales. Esta asignatura contribuye en que el alumno adquiera una perspectiva moderna para comprender y usar las tecnologías existentes en el campo de la calidad y uso eficiente de la energía eléctrica, permitiéndole un campo para desarrollarse y aplicar los conocimientos adquiridos. La comprensión de estos temas le da al estudiante la capacidad de aportar y proponer nuevas ideas para aplicarlos en el entorno y lograr con esto la mejora de los mismos. Intención didáctica. Se sugiere que esta asignatura emplee las nuevas Tecnologías de la información y de la comunicación, para la adquisición y el procesamiento de datos, así como para simular modelos

3 que permitan predecir el comportamiento de mejoras efectuadas en las instalaciones eléctricas empleando plataformas computacionales. La asignatura está organizada para obtener conocimientos acerca de la calidad y el uso eficiente de la energía eléctrica, todo de manera integral La unidad uno se refiere a conceptos de Calidad de la energía como son los efectos que ocasionan en las instalaciones eléctricas las perturbaciones eléctricas, los armónicos, las interrupciones, los huecos de tensión, las sobretensiones, los desequilibrios y fluctuaciones de tensión, esto nos da una visión general con la intensión de conocer porque es importante corregirlos. En la unidad dos se cubren la parte de armónicos de tensión y de corriente; en ella entenderán los efectos que ocasionan las cargas no lineales, como se originan y los efectos de los armónicos y como se corrigen. Se utilizaran ejemplos, tareas, demostraciones con actividades prácticas para fortalecer el entendimiento de esta unidad. La unidad tres presenta información acerca de las sobretensiones y fluctuaciones de tensión, sus efectos y las tecnologías existentes para corregirlas. En esta parte también se fomentara la participación del alumno en el desarrollo de prácticas de laboratorio y de campo para anclar los conocimientos adquiridos. En la cuarta unidad el alumno conocerá los fundamentos del uso eficiente de la energía eléctrica, visualizará el panorama del ahorro de energía que se tiene en el país a nivel mundial, las tarifas que se emplean para el cobro de los consumos de energía eléctrica y estudiará casos exitosos de proyectos de ahorro de energía eléctrica realizados en nuestro entorno y en nuestro país, por lo que el estudiante tendrá un panorama general al terminar esta unidad. En la quinta unidad se presenta información de cómo realizar auditorías y diagnósticos energéticos, en ella se entenderá como se llevan a cabo los análisis de los consumos energéticos, como se planean y formulan los programas para el uso racional de la energía eléctrica, como se realiza la concientización y capacitación del personal y como se evalúan las medidas de ahorro, con esta información el alumno tendrá las herramientas necesarias para la elaboración de un programa de ahorro de energía en una institución de la localidad. En la sexta unidad se pretende que los alumnos, con la información obtenida previamente, elaboren un proyecto de calidad y uso eficiente de la energía eléctrica en una empresa de su entorno. El profesor deberá tener especial cuidado en mantener el avance del programa en forma tal de asegurar que los alumnos alcancen el nivel correcto de conocimientos y habilidades en cada unidad y adquieran las competencias específicas a desarrollar.

4 3.- COMPETENCIAS A DESARROLLAR Competencias específicas: Competencias genéricas: Desarrollar la capacidad de análisis para llevar a cabo estudios de calidad de la energía en instalaciones eléctricas así como realizar auditorías y diagnósticos energéticos con el fin de realizar proyectos integrales de calidad y uso eficiente de la energía eléctrica, basándose en normas nacionales e internacionales. Competencias instrumentales: Capacidad de análisis y síntesis. Capacidad de organizar y planificar. Conocimientos generales básicos Conocimientos básicos de la carrera Comunicación oral y escrita en su propia lengua. Conocimiento de una segunda lengua. Habilidades básicas de manejo de la computadora. Habilidades de gestión de información (habilidad para buscar y analizar información proveniente de fuentes diversas) Solución de problemas Toma de decisiones. Competencias interpersonales Capacidad crítica y autocrítica Trabajo en equipo Habilidades interpersonales Capacidad de trabajar en equipo interdisciplinario Capacidad de comunicarse con profesionales de otras áreas Apreciación de la diversidad y multiculturalidad. Habilidad para trabajar en un ambiente laboral Compromiso ético Competencias sistémicas Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica Habilidades de investigación Capacidad de aprender Capacidad de adaptarse a nuevas situaciones Capacidad de generar nuevas ideas (creatividad) Liderazgo Conocimiento de culturas y costumbres de otros países Habilidad para trabajar en forma autónoma Capacidad para diseñar y gestionar proyectos Iniciativa y espíritu emprendedor.

5 4.- HISTORIA DEL PROGRAMA Lugar y fecha de elaboración o revisión Instituto Tecnológico de Chetumal Agosto 2012 Participantes Ing. Daniel Cante Gongora. Ing. Germán Alberto Rodríguez May M.C. José Heriberto Echeverría Flores Ing. Juan Manuel Zavala Pimentel Ing. Daniel Cante Góngora M.C. Alban Alejandro Ávila López Ing. David de Jesús Santillán Sanvicente Ing. Florencio Sotelo Moreno Ing. William Rivas Ruiz Ing. Juan Ramón Sonda Martínez Evento Reunión de academia para Propuesta Modulo de Especialidad en Control Electrónico de Sistemas de Potencia 5.- OBJETIVO(S) GENERAL(ES) DEL CURSO Definir los conceptos de las perturbaciones eléctricas; conocer los problemas que ocasionan, sus causas y de las soluciones para corregirlas, Reconocer las normas nacionales e internacionales vigentes relacionadas al tema de calidad de energía eléctrica, Identificar las cargas que generan perturbaciones en un sistema eléctrico y Conocer métodos para determinar la direccionalidad, medición de los armónicos y flicker. También se identificarán las actividades llevadas a cabo en materia de ahorro de energía y conocerá la manera en que se factura el consumo de energía eléctrica en México, con esto podrá administrar los costos de la energía en su empresa. También identificará las técnicas para administrar la energía, así como la metodología para diseñar un programa de ahorro de energía en sus propias instalaciones. 6.- COMPETENCIAS PREVIAS Aplica técnicas de análisis de circuitos. Comprende los conceptos de potencia eléctrica. Aplica técnicas de Medición de parámetros eléctricos. Aplica conocimientos de instalaciones eléctricas. Aplica técnicas de instrumentación. Aplica los conocimientos de legislación eléctrica. Aplica los conocimientos de dibujo asistido por computadora. Analiza, comprende y sintetiza textos en inglés Interpreta sistemas electrónicos para diseñar sistemas. Usa técnicas de comunicación efectiva.

6 Se responsabiliza de su propia formación académica Comprende el comportamiento de las Ondas Electromagnéticas. 7.- TEMARIO Unidad Temas Subtemas 1 Calidad del suministro y perturbaciones eléctricas. 2 Armónicos de tensión y de corriente 3 Sobretensiones y fluctuaciones de tensión 1.1. Generalidades y terminología Perturbaciones eléctricas: Armónicos Interrupciones y huecos de tensión Sobretensiones Desequilibrios y fluctuaciones de tensión Efectos de las cargas no lineales. Descomposición de una onda periódica. Definiciones Origen de los armónicos Efectos de los armónicos Evaluación de una instalación. Medida de armónicos Corrección de problemas: Utilización de filtros pasivos Utilización de filtros activos Otras soluciones Sobretensiones Definición Generación de sobretensiones Efectos de las sobretensiones Protección contra sobretensiones Fluctuaciones de tensión Definición Generación de fluctuaciones de tensión Efectos de las fluctuaciones de tensión Protección contra las fluctuaciones de tensión Normas nacionales e internacionales 4 Auditorias y diagnósticos energéticos 4.1 Análisis de la facturación de electricidad, Cálculo del índice energético, oportunidades de ahorro 4.2 Análisis del Consumo y la Demanda, mediciones con analizador de redes de los distintos parámetros eléctricos

7 4.3 Análisis del Factor de Potencia, Censo de capacitores, mediciones de corrientes y tensiones en los capacitores 4.4 Análisis del Sistema de Iluminación Censo de cargas de alumbrado Mediciones de niveles de iluminación 4.5. Análisis del Sistema de Aire Comprimido, Lecturas de presiones 4.6 Análisis del Sistema de Aire Acondicionado y refrigeración. 4.7 Análisis del Sistema de Bombeo de Fluidos y motores. 5 Analisis energetico 5.1 Planeación y formulación de un programa para el uso racional de la energía eléctrica. 5.2 Concientización y capacitación del personal 5.3 Evaluación económica de medidas de ahorro 5.4 Tendencias tecnológicas en el ahorro de la energía 6 Proyecto 6.1 Elaboración de un proyecto integral de calidad y uso eficiente de la energía eléctrica. 8.- SUGERENCIAS DIDÁCTICAS Propiciar actividades de búsqueda, selección y análisis de información en distintas fuentes. Propiciar el uso de tecnologías en el desarrollo de los contenidos de la asignatura. Fomentar actividades grupales que propicien la comunicación, el intercambio argumentado de ideas, la reflexión, la integración y la colaboración de y entre los estudiantes. Propiciar en el estudiante el desarrollo de actividades intelectuales de induccióndeducción y análisis-síntesis, las cuales lo encaminan hacia la investigación, la aplicación de conocimientos y la solución de problemas. Desarrollar actividades de aprendizaje que propicien la aplicación de los conceptos, modelos y metodologías que se van aprendiendo en el desarrollo de la asignatura.

8 Propiciar el uso adecuado de conceptos, y de terminología científico-tecnológica. Proponer problemas que permitan al estudiante la integración de contenidos de la asignatura y entre distintas asignaturas, para su análisis y solución. Relacionar los contenidos de la asignatura con el cuidado del medio ambiente; así como con las prácticas de una ingeniería con enfoque sustentable. Relacionar los contenidos de esta asignatura con las demás del plan de estudios para desarrollar una visión interdisciplinaria en el estudiante. Propone prácticas de Laboratorio de campo y Simulaciones. 9.- SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN La evaluación de la asignatura se hará con base en siguiente desempeño: Examen. Resolución de ejercicios. Reportes de prácticas de laboratorio. Modelado de sistemas con la ayuda de un software especializado (MATLAB). Participación en equipo para la realización de prácticas de campo. Reportes de investigación. Elaboración de proyecto final. Manejo de equipos de medición de parámetros eléctricos UNIDADES DE APRENDIZAJE Unidad 1: Calidad del suministro y perturbaciones eléctricas. Competencia a desarrollar Definir los conceptos de las perturbaciones eléctricas; conocer los problemas que ocasionan, sus causas y de las soluciones para corregirlas Actividades de Aprendizaje Definir la terminología empleada en materia de uso eficiente de la energía eléctrica. Conocer y analizar los tipos de Perturbaciones eléctricas Conocer y analizar los diferentes tipos de Armónicos. Analizar las causas de las Interrupciones y los huecos de tensión. Conocer y analizar el origen de las Sobretensiones. Conocer y analizar las causas de los Desequilibrios y fluctuaciones de tensión.

9 UNIDAD 2: Armónicos de tensión y de corriente. Competencia a desarrollar Actividades de Aprendizaje Definir y analizar el origen, los Conocerá los efectos de las cargas no lineales, efectos y la solución para el Conocerá el origen de los armónicos. problema de armónicos. Conocerá y analizará los efectos de los armónicos. Realizará una medición de los armónicos presentes en instalaciones eléctricas residenciales, comerciales e industriales Analizará y efectuará una corrección de problemas con armónicos. Conocerá y analizará la forma de utilizar los filtros pasivos. Conocerá y analizará la forma de utilizar los filtros ACTIVOS. UNIDAD 3: Sobretensiones y fluctuaciones de tensión Competencia a desarrollar Actividades de Aprendizaje Reconocer las normas nacionales e Conocerá, medirá y analizará el origen de las sobretensiones. internacionales vigentes Conocerá y analizará como se generan las sobretensiones. relacionadas al tema de calidad de Conocerá y analizará los efectos de las sobretensiones. energía eléctrica, Identificar las Realizará un análisis para la debida protección contra cargas que generan perturbaciones sobretensiones. en un sistema eléctrico y Conocer Conocerá y analizará el origen de las fluctuaciones de tensión. métodos para determinar la Definirá el concepto de fluctuación. direccionalidad, medición de los Analizará las causas de las fluctuaciones de tensión. armónicos y flicker. Conocerá y analizará los efectos de las fluctuaciones de tensión. Conocerá y realizará la protección contra las fluctuaciones de tensión. Conocerá las normas nacionales e internacionales aplicables UNIDAD 4: Introducción al uso eficiente de la energía eléctrica. Objetivo Educacional Actividades de Aprendizaje Identificará las actividades llevadas Conocerá el Panorama presente y futuro del ahorro de energía a cabo en materia de ahorro de en México energía y conocerá la manera en Conocerá la Estructura energética en México y manejará que se factura el consumo de Tarifas eléctricas. energía eléctrica en México, con Conocerá los programas de ahorro de energía a nivel mundial y esto podrá administrar los costos las tendencias tecnológicas en dispositivos ahorradores de de la energía en su empresa. energía Conocerá casos exitosos de proyectos de ahorro de energía eléctrica realizados en Empresas Mexicanas.

10 UNIDAD 5: Auditorias y diagnósticos energéticos Objetivo Educacional Actividades de Aprendizaje Identificará las técnicas para Realizará un análisis de los consumos energéticos. administrar la energía, así como la Realizará y ejecutará un programa para el uso racional de la metodología para diseñar un energía eléctrica. programa de ahorro de energía en Conocerá las ventajas de la concientización y capacitación del sus propias instalaciones personal Realizará un diagnóstico Energético a una instalación. Realizará una evaluación económica de las medidas de ahorro y las tendencias tecnológicas en el ahorro de la energía Elaborará un programa de ahorro de energía. UNIDAD 6: Auditorias y diagnósticos energéticos Objetivo Educacional Actividades de Aprendizaje Realizará un proyecto integral de Se elaborará un proyecto integral de calidad y uso eficiente de calidad y uso eficiente de la energía la energía eléctrica. eléctrica, donde aplique los conocimientos adquiridos FUENTES DE INFORMACIÓN 1.- UNESA. "Guía sobre la calidad de la onda en redes eléctricas". Grupo de trabajo "Calidad de Onda", Schneider Electric. "Compatibilidad Electromagnética", Fuster, V. "Perturbaciones eléctricas: Tipos y caracterización", Universidad Politécnica de Valencia, Administración y ahorro de energía eléctrica. Ambriz, Romero UAM Direcciones electrónicas 1.-Compañía Operadora del Mercado Español de Electricidad Consejo Mundial de la Energía

11 12.- PRÁCTICAS PROPUESTAS Realizar la medición de los armónicos de tensión y de corriente presentes en instalaciones residenciales, comerciales e industriales. Realizar mediciones en instalaciones eléctricas para visualizar los efectos de las interrupciones y huecos de tensión. Realizar mediciones para identificar posibles fluctuaciones de tensión. Realizar un análisis para identificar el origen y palpar los efectos de los armónicos. Realizar el diseño de filtros para eliminar armónicos en instalaciones eléctricas. Realizar censos de cargas en instalaciones residenciales, comerciales e industriales Realizar diagnósticos energéticos en instalaciones residenciales, comerciales e industriales. Elaborar un proyecto integral de calidad y uso eficiente de la energía eléctrica.

12 1.- DATOS DE LA ASIGNATURA Nombre de la asignatura : Carrera : Clave de la asignatura : SATCA Microcontroladores Ingeniería Eléctrica CEG PRESENTACIÓN Caracterización de la asignatura. Esta asignatura aporta al perfil del Ingeniero eléctrico el desarrollo de habilidades para diseñar, analizar y construir equipos o sistemas electrónicos para la solución de problemas en el entorno, aplicando normas técnicas y estándares nacionales e internacionales, así como crear, innovar, adaptar, y transferir tecnología en el ámbito de la ingeniería eléctrica mediante la aplicación de métodos y procedimientos científicos, tomando en cuenta el desarrollo sustentable del entorno. Además permite gestionar proyectos de investigación y/o desarrollo tecnológico, así como ejercer actividades emprendedoras de liderazgo y adquirir habilidades para la toma de decisiones en su ámbito profesional. En diversas aplicaciones, el uso de la electrónica hace necesario el conocimiento del diseño basado en sistemas digitales, y el uso de circuitos de alta escala de integración, como son los microcontroladores, hace algunas aplicaciones más simples, eficientes o versátiles. Por lo que es conveniente que los alumnos de la carrera de ingeniería eléctrica adquieran dominio en el uso de estos dispositivos. La materia consiste en el conocimiento de la estructura interna y externa del microcontrolador, así como la configuración y programación en lenguaje ensamblador y lenguaje C, de los periféricos integrados y aplicaciones típicas de microcontroladores. La asignatura requiere que el estudiante cuente con bases sólidas en diseño digital y analógico, así como nociones de programación, por lo tanto se relaciona con las asignaturas de mediciones eléctricas, Electrónica Analógica, Electrónica Digital, programación, fundamentos de investigación, y todas aquellas en las que se realicen aplicaciones, tales como electrónica de potencia, instrumentación, entre otras.

13 Intención didáctica. El docente debe ser conocedor de la disciplina que está bajo su responsabilidad, y tener capacidad para trabajar en equipo, destrezas que le permitan proponer actividades a desarrollar, formación pedagógica para abordar con mayor propiedad los diferentes estilos cognitivos de los estudiantes, facilitar, direccionar y orientar el trabajo del estudiante, potenciar en el estudiante la autonomía y toma de decisiones, tener flexibilidad en el seguimiento del proceso, estimular y potenciar el trabajo autónomo y cooperativo, facilitar la interacción personal. Para desarrollar competencias de comunicación los estudiantes presentan al grupo una ponencia oral, mostrando las aplicaciones de la temática vista a su formación profesional y proyecto de vida. Esta asignatura comprende cinco unidades fundamentales, en la primera unidad se encuentran los conceptos básicos de los microcontroladores, el alumno comprenderá como se organizan internamente estos dispositivos, como se comunican entre si las unidades internas y la función específica de cada uno de ellos. Será capaz de localizar información del dispositivo, cómo interpretarla y como seleccionar el microcontrolador más adecuado para una aplicación. En la segunda unidad se definen y se aplica la metodología para la programación de los microcontroladores con lenguaje ensamblador. Es de suma importancia la parte práctica de la materia ya que es la base para la solución de problemas prácticos de aplicación en el campo de la ingeniería Eléctrica. Por lo que se propone la realización de prácticas, que permitan dominar la configuración y programación de los microcontroladores, así como la realización de un proyecto integrador, que estimule la colaboración en el trabajo y la discusión entre los estudiantes, que le permitan resolver los retos que este trabajo implica. En la tercera unidad se definen y se aplica la metodología para la programación de los microcontroladores con lenguaje C. Se recomienda que se realicen programas híbridos que contengan sentencia en C y ensamblador. Se propone la realización de prácticas, que permitan dominar la configuración y programación de los microcontroladores, así como la realización de un proyecto integrador, que estimule la colaboración en el trabajo y la discusión entre los estudiantes para resolver los retos que este trabajo implica. En la cuarta unidad se estudian las interfaces de comunicación, que son de suma importancia ya que cualquier sistema digital, sea un equipo de medición, de control, etc., potencializa su uso al comunicarse mediante interfaces y protocolos con otros equipos. Por ello es indispensable que el alumno aprenda las formas en que un microcontrolador se puede comunicar con otros sistemas digitales, logrando así un valor agregado a la aplicación. En la quinta unidad, se hace hincapié en que el alumno desarrolle una actividad integradora, utilizando como base de funcionamiento un microcontrolador. Con la intención de consolidar los conocimientos adquiridos, así como desarrollar su potencial creativo y emprendedor.

14 El enfoque sugerido para la materia requiere que las actividades prácticas promuevan el desarrollo de habilidades para la experimentación, tales como: identificación, manejo y control de variables y datos relevantes; planteamiento de hipótesis; trabajo en equipo; asimismo, propicien procesos intelectuales como inducción-deducción y análisis-síntesis con la intención de generar una actividad intelectual compleja. Las competencias genéricas que se fortalecen en esta asignatura son las interpersonales, instrumentales y sistémicas a través de investigación, trabajo en equipo, elaboración de prácticas y redacción de reportes respectivos, ensayos, exposiciones, análisis de casos, entre otros. Durante el desarrollo de las actividades programadas en la asignatura es muy importante que el estudiante aprenda a valorar las actividades que lleva particularmente a cabo y entienda que está construyendo su conocimiento, aprecie la importancia del mismo y los hábitos de trabajo; desarrolle la precisión, la curiosidad, la puntualidad, el entusiasmo, el interés, la tenacidad, la flexibilidad y la autonomía y en consecuencia actué de manera profesional. Es necesario que el profesor ponga atención y cuidado en estos aspectos y los considere en el desarrollo de las actividades de aprendizaje de esta asignatura. 3.- COMPETENCIAS A DESARROLLAR Competencias específicas: Conocer y explicar el funcionamiento interno y externo del microcontrolador, realizar programas en lenguaje ensamblador y lenguaje C, utilizando todos los recursos del microcontrolador, para resolver problemas específicos en el ámbito de la aplicación de la ingeniería eléctrica y en el desarrollo de aplicaciones de equipo electrónico, para lo cual el estudiante realizará actividades de investigación, análisis, reflexión, observación, y diseño, apoyándose en el uso de herramientas computacionales. Competencias genéricas: Competencias instrumentales Capacidades cognitivas, la capacidad de comprender y manipular ideas y pensamientos. Capacidades metodológicas para manipular el ambiente: ser capaz de organizar el tiempo y las estrategiaspara el aprendizaje, tomar decisiones o resolver problemas. Destrezas tecnológicas relacionadas con el uso de maquinaria, destrezas de computación; así como, de búsqueda y manejo de información. Destrezas lingüísticas tales como la comunicación oral y escrita o conocimientos de una segunda lengua

15 Competencias interpersonales: Destrezas sociales relacionadas con las habilidades interpersonales. Capacidad de trabajar en equipo o la expresión de compromiso social o ético. Capacidad crítica y autocrítica Trabajo en equipo Capacidad de trabajar en equipo interdisciplinario. Capacidad de comunicarse con profesionales de otras áreas Habilidad para trabajar en un ambiente laboral. Compromiso ético Competencias sistémicas Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica. Habilidades de investigación. Capacidad de aprender. Capacidad de generar nuevas ideas (creatividad) Habilidad para trabajar en forma autónoma.

16 4.- HISTORIA DEL PROGRAMA Lugar y fecha de Participantes elaboración o revisión Instituto Tecnológico de Ing. Germán Alberto Chetumal Rodríguez May M.C. José Heriberto Echeverría Flores Ing. Juan Manuel Zavala Pimentel Ing. David de Jesús Santillán Sanvicente Ing. Daniel Cante Góngora Ing. Limber Leonardo Velazco Teh M.C. Alban Alejandro Ávila López Ing. Florencio Sotelo Moreno Ing. William Rivas Ruiz Evento Propuesta Modulo de Especialidad en Control Electrónico de Sistemas de Potencia 5.- OBJETIVO GENERAL DEL CURSO Conocer y explicar el funcionamiento interno y externo del microcontrolador, realizar programas en lenguaje ensamblador y lenguaje C, utilizando todos los recursos del microcontrolador, para resolver problemas específicos en el ámbito de aplicación de la ingeniería eléctrica y en el desarrollo de aplicaciones y de equipo electrónico, para lo cual el estudiante realizará actividades de investigación, análisis, reflexión, observación, y diseño, apoyándose en el uso de herramientas computacionales. 6.- COMPETENCIAS PREVIAS Diseñar y analizar circuitos digitales y analógicos, utilizando herramientas computacionales. Desarrollar programas en lenguaje C. Operar equipo electrónico de medición. Interpretar diagramas esquemáticos eléctricos y electrónicos.

17 7.- TEMARIO UNIDAD TEMAS SUBTEMAS 1 Arquitectura interna y externa del 1.1. Introducción a los microcontrolador microcontroladores Arquitectura interna del microcontrolador Arquitectura externa del 2. El Modelo de programación del microcontrolador en lenguaje ensamblador. 3. El Modelo de programación del microcontrolador en lenguaje C. 4. Interfaces de comunicación 5. Desarrollo de aplicaciones con microcontroladores microcontrolador Programación en lenguaje ensamblador Modos de direccionamiento Conjunto de instrucciones Instrucciones aritméticas Instrucciones lógicas Instrucciones de control de programa Estructura del programa Programación de puertos digitales Programación en lenguaje C Estructura del programa Puertos de entrada/salida digital Interrupciones Convertidor analógico/digital Temporizador, generador de señales, medidor de intervalos, decodificador QEP y PWM Comunicación paralela Comunicación serial síncrona y asíncrona Comunicación RS Comunicación I2C Comunicación SPI USB Redes de comunicación Control Área Network (CAN) Aplicaciones.

18 8.- SUGERENCIAS DIDÁCTICAS El Profesor debe: Propiciar actividades de búsqueda, selección y análisis de información en distintas fuentes. Propiciar el uso de las tecnologías en el desarrollo de los contenidos de la asignatura. Fomentar actividades grupales que propicien la comunicación, el intercambio argumentado de ideas, la reflexión, la integración y la colaboración de y entre los estudiantes. Propiciar en el estudiante, el desarrollo de actividades intelectuales de inducción-deducción y análisis-síntesis, las cuales lo encaminan hacia la investigación, la aplicación de conocimientos y la solución de problemas. Desarrollar actividades de aprendizaje que propicien la aplicación de los conceptos, modelos y metodologías que se van aprendiendo en el desarrollo de la asignatura. Propiciar el uso adecuado de conceptos, y terminología científico-tecnológica. Proponer problemas que permitan al estudiante la integración de contenidos de la asignatura y entre distintas asignaturas, para su análisis y solución. Relacionar los contenidos de la asignatura con el cuidado del medio ambiente; así como con las prácticas de una ingeniería bajo las premisas de sustentabilidad. Relacionar los contenidos de esta asignatura con otras del plan de estudios para desarrollar una visión interdisciplinaria en el estudiante. Proponer problemas que permitan al estudiante identificar cada uno de los elementos que componen un sistema digital con microcontrolador y explicar el funcionamiento de cada uno de los elementos. Propiciar el uso del software adecuado para la simulación, implementación y programación de los microcontroladores. Plantear la realización de prácticas para resolver problemas reales con sistemas digitales con microcontrolador. Realizar el informe final del proyecto. Realizar un artículo técnico relacionado con el proyecto final. Revisar artículos técnico/científicos relacionados con aplicaciones de electrónica y microcontroladores, en idioma inglés. Propiciar el desarrollo de actividades intelectuales de inducción-deducción y análisis-síntesis, que encaminen hacia la investigación. Desarrollar actividades de aprendizaje que propicien la aplicación de los conceptos, modelos y metodologías que se van aprendiendo en el desarrollo de la asignatura. Proponer problemas que permitan al estudiante la integración de contenidos de la asignatura y entre distintas asignaturas, para su análisis y solución.

19 9.- SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN La evaluación debe ser continua, formativa e integral, por lo que se debe considerar el desempeño en cada una de las actividades de aprendizaje. Se sugiere: Realizar prácticas de laboratorio para observar si comprende el funcionamiento de los microcontroladores. Utilizar herramientas de desarrollo y programación. Realizar proyectos para la solución de problemas de su entorno con un enfoque digital basado en microcontroladores. Listas de verificación en prácticas de laboratorio. Examen escrito. Proyecto individual. Resolución de problemas. Desarrollo de proyectos, donde elaboren un prototipo y el informe del mismo. Participación en eventos académicos. Investigación bibliográfica. Elaboración de material con base en tecnología de la información y comunicación. Reportes escritos de las observaciones hechas durante las actividades de laboratorio, así como de las conclusiones obtenidas de dichas.observaciones. Descripción de otras experiencias concretas que podrían realizarse adicionalmente. Exámenes escritos para comprobar el manejo de aspectos teóricos y declarativos. Exámenes prácticos, donde se califique el desempeño durante la práctica.

20 10.- UNIDADES DE APRENDIZAJE Unidad 1: Arquitectura interna y externa del microcontrolador. Competencia específica a desarrollar Actividades de Aprendizaje Conocer la organización interno y externo del Microcontrolador. Explicar la organización interno y el funcionamiento externo del durante el curso. Microcontrolador. Explicar las características de la ALU y su relación con los registros asociados a ésta. Investigar en el manual del fabricante la hoja de datos del microcontrolador que se verá Discutir grupalmente el mapa de memoria haciendo énfasis en la funcionalidad de cada área del mismo. Discutir grupalmente los periféricos del microcontrolador, realizando el rescate de los conocimientos adquiridos en asignaturas previas. Exponer frente a grupo el mapa de memoria y periféricos del microcontrolador. Realizar reportes escritos del mapa de memoria y periféricos del microcontrolador, deben observarse en los reportes el uso correcto de la ortografía y redacción. Discutir grupalmente las características de la unidad lógica aritmética (ALU), enfatizando sobre ancho de palabra, tipo de datos, relación con registros, banderas, etc. Se recomienda realizar el rescate de los conocimientos adquiridos en asignaturas previas. Discutir y realizar resúmenes de las características y capacidades de las diferentes funciones de las terminales (pins) del microcontrolador.

21 Unidad 2: El modelos de programación del microcontrolador en lenguaje ensamblador. Competencia específica a desarrollar Realizar programas con las instrucciones y subrutinas en lenguaje ensamblador, para lograr una comprensión solida de la arquitectura interna del dispositivo. Realizar aplicaciones sencillas que impliquen el uso de los puertos digitales del microcontrolador con lenguaje ensamblador. Actividades de Aprendizaje Investigar el funcionamiento y sintaxis de las instrucciones del microcontrolador. Discutir grupalmente las diferentes instrucciones del microcontrolador. Investigar la estructura básica de la programación en ensamblador. Realizar programas en ensamblador donde ejercite los modos de direccionamiento. Programar las instrucciones básicas en ensamblador; instrucciones aritméticas, lógicas y de control de flujo en el microcontrolador. Explicar los diferentes tipos de saltos que se pueden ejecutar en un microcontrolador. Realizar un algoritmo donde se apliquen saltos en la programación y comparaciones entre registros. Simular programas mediante algún software especializado (dependiendo del tipo de microcontrolador y de otros factores: PROTEUS, MPLAB, entre otros.) Investigar los diferentes tipos de programadores utilizables para el microcontrolador a usar. Investigar la teoría de funcionamiento de los puertos digitales Seleccionar el programador a utilizar y programar una aplicación en la que se usen los puertos digitales del microcontrolador.

22 Unidad 3: El modelo de programación del microcontrolador en lenguaje C. Competencia específica a desarrollar Realizar programas en lenguaje C, para el desarrollo de aplicaciones complejas. Realizar aplicaciones utilizando los puertos digitales, los convertidores de analógico a digital, las interrupciones y los temporizadores del microcontrolador. Actividades de Aprendizaje Discutir grupalmente los conceptos relativos a la programación en lenguaje C, realizando el rescate de los conocimientos adquiridos en la asignatura, Programación. Analizar el entorno de programación (IDE) específico del microcontrolador seleccionado y realizar un reporte sobre el funcionamiento de dicho software. Investigar el uso de puertos digitales en aplicaciones en las diferentes áreas de la ingeniería eléctrica, por ejemplo electrónica de potencia, instrumentación, control, etc. Investigar y exponer por equipos el uso de puertos digitales en lenguaje C. Practicar el uso de los puertos digitales como entradas y salidas. Explorar y representar el concepto de interrupción de forma creativa. Codificar y simular el efecto de una interrupción externa síncrona en el entorno del software seleccionado. Reflexionar sobre la extrapolación del concepto de interrupción hacia el resto de los periféricos del microcontrolador. Investigar y exponer el principio de funcionamiento y características generales de los convertidores de analógico a digital (ADC).

23 Investigar y exponer por equipos el uso del convertidor de analógico a digital en lenguaje C. Practicar el uso del ADC con y sin interrupciones. Discutir grupalmente para rescatar el concepto de contador digital, haciendo énfasis en longitud de palabra, configuración ascendente descendente, desborde del conteo, carga asíncrona, reset y tipo de activación (por flanco o nivel). Simular y observar el efecto del periodo de la señal de excitación en la entrada del contador y su relación con el tiempo de desborde, y establecer el concepto de temporizador. Analizar la arquitectura, configuración y modos de funcionamiento de los temporizadores del microcontrolador. Realizar un ensayo de los diferentes modos de operación del temporizador del microcontrolador (base de tiempo, contador, generador PWM, decodificador de QEP, medidor de intervalos de tiempo). Reflexionar sobre la aplicación del concepto de interrupciones en temporizadores. Simular y verificar los diferentes modos de operación del temporizador, con y sin interrupciones. Simular programas en donde interactúen los periféricos entre si mediante algún software especializado (dependiendo del tipo de microcontrolador y de otros factores: PROTEUS, MPLAB, entre otros.)

24 Unidad 4: Interfaces de comunicación. Competencia específica a desarrollar Comunicar mediante distintas interfaces un microcontrolador, así como manejar protocolos de comunicación básicos. Actividades de Aprendizaje Investigar el uso de puertos digitales como interfaz de comunicación paralela. Realizar un reporte y exponer por equipos el uso de los puertos digitales como interfaz de comunicación paralela. Desarrollar un canal de comunicación paralela entre dos microcontroladores, especificando la interfaz física y un protocolo. Observar y detectar los problemas asociados a la comunicación paralela, tales como alcance físico del canal, el ancho de la palabra requerido, señales de sincronía requeridas, implementación en circuito impreso, etc. Hipotetizar y reflexionar grupalmente sobre las formas de resolver los problemas de la comunicación paralela. Analizar el principio de funcionamiento y la operación de la USART del microcontrolador, dando especial atención a los conceptos baud rate, bit de start, bit de stop, bit de datos, paridad y detección de errores. Desarrollar un canal de comunicación serial RS232 entre dos microcontroladores y entre un microcontrolador y una computadora, especificando la interfaz física y un protocolo. Analizar el principio de funcionamiento y la operación del módulo de comunicación I2C del microcontrolador, dando especial atención a los conceptos baud rate, bit de start, bit de stop, bit de datos y bit ACK.

25 Desarrollar un canal de comunicación serial I2C para la comunicación entre dos microcontroladores, especificando la interfaz física y un protocolo. Analizar el principio de funcionamiento y la operación del modulo de comunicación SPI del microcontrolador, dando especial atención a los conceptos baud rate, bit de start, bit de stop, bits de datos, y terminales de control de flujo. Desarrollar un canal de comunicación serial SPI para la comunicación entre dos microcontroladores, especificando la interfaz física y un protocolo. Investigar el principio de funcionamiento y características más importantes del bus serial universal (USB). Realizar un reporte y exponer por equipos el principio de funcionamiento y características más importantes del bus serial universal (USB). Investigar el principio de funcionamiento y características más importantes del bus de red control área network (CAN). Realizar un reporte y exponer por equipos el principio de funcionamiento y características más importantes del bus de red control área network (CAN).

26 Unidad 5: Desarrollo de aplicaciones con microcontroladores. Competencia específica a desarrollar Identificar las áreas de oportunidad de aplicación de los microcontroladores en la solución de problemas en ingeniería eléctrica. Desarrollar aplicaciones basadas en microcontroladores para solución de problemas en ingeniería electrica. Actividades de Aprendizaje Realizar una investigación de campo sobre aplicaciones del microcontrolador, para identificar aplicaciones en algunos de los siguientes campos de aplicación de la Ingeniería: Comunicaciones. Automatización y control. Instrumentación. Potencia. Analizar grupalmente el uso de los recursos del microcontrolador en las aplicaciones encontradas y realizar un ensayo con las conclusiones del análisis. Desarrollar una aplicación selecta como proyecto final, organizando esta actividad a través de un cronograma (se siguiere que este proyecto sea planteado desde el inicio de la unidad 2, y se realice un protocolo para tal fin)

27 11.- FUENTES DE INFORMACIÓN 1. Barret, S.F., Pack, D. J., Microcontrollers Fundamentals for Engineers And Scientists (Synthesis Lectures on Digital Circuits and Systems), 1a Ed., Morgan and Claypool Publisher, Seattle, WA. U.S.A., Angulo Amusastegui, J., Microcontroladores DSPic Diseño Práctico, 1a. Ed., McGraw- Hill, Madrid, España, Galeano, G., Programación de Sistemas Embebidos en C, 1a. Ed., Alfaomega, Colombia, Pallás, R., Reverter, F., Circuitos De Interfaz Directa Sensor-Microcontrolador, 1a. Ed., Alfaomega, Marcombo, Colombia, Vesga, J. C., Microcontroladores Motorola Freescale - Programación, Familias y sus distintas aplicaciones en la industria, 1a. Reimpresión de la 1a. Ed., Alfaomega, Colombia, Valdés, F., Pallás, R., Microcontroladores - Fundamentos y Aplicaciones con PIC, 1a. Ed., Alfaomega, Colombia, Dogan, I., Advanced PIC Microcontroller Projects in C: From USB to RTOSwith the PIC 18F Series, 1a. Ed., Newness, U. S. A., Gadre, D. V., Programming and Customizing the AVR Microcontroller, 1a. Ed., McGraw-Hill, California, U. S. A., Axelson, J., USB complete: Everything you need to develop custom USB peripherals, 1a. Ed., Lakeview Research, U. S. A., Hyde, J., USB design by example: A practical guide to building I/O devices, 1a. Ed., Wiley, New York, U. S. A., National Instruments; 2 de junio de 2008; Introducción a CAN. [web en línea]. Disponible desde internet en: [con acceso el 27 de enero de 2010] PRÁCTICAS PROPUESTAS Conocimiento del entorno de programación. Operación y configuración del perro guardián (watchdog). Manejo de los puertos de entrada/salida digitales. Uso de los display de cristal líquido y de 7 segmentos. Armado y uso de teclados matriciales. Medición y visualización de voltajes con el convertidor analógico a digital. Medición y visualización de variables físicas: temperatura, presión, humedad, etc. Generación de señales rectangulares con el temporizador. Generación de señales PWM. Generación de bases de tiempo con el temporizador. Sincronización del microcontrolador con las interrupciones. Comunicación microcontrolador a microcontrolador. Comunicación microcontrolador a computadora.

28 Asignatura 1: 1.- DATOS DE LA ASIGNATURA Nombre de la asignatura : Protección de sistemas eléctricos de Potencia. Carrera : Ingeniería Eléctrica Clave de la asignatura : CEF SATCA PRESENTACIÓN Caracterización de la asignatura. Esta asignatura aporta al perfil del ingeniero electricista la capacidad de interpretar, calcular y seleccionar las protecciones del sistema eléctrico de potencia. El alumno realiza un análisis metodológico de los sistemas de protección de los sistemas de generación, transmisión y distribución de la energía eléctrica, al crear, innovar y transferir tecnología aplicando métodos y procedimientos en proyectos de protección, considerando la normatividad y la aplicación de las nuevas tecnologías de los relevadores y de los sistemas comunicación, para la adquisición, el procesamiento de datos y del control supervisorio de las redes eléctricas de potencia. La asignatura propicia en el alumno el análisis de los conceptos de protección primaria y de respaldo de los sistemas eléctricos, así como los elementos que componen una protección y su función, que le permitan comprender la operación, funcionamiento y características que forman parte de la filosofía de la protección. Los alumnos realizan los cálculos para determinar las magnitudes de las corrientes de falla en los diferentes puntos de la red eléctrica y analizan los efectos de las fallas sobre el sistema eléctrico y la relación de la operación de las protecciones con la estabilidad y continuidad en el sistema eléctrico. La temática relaciona directamente al fabricante de equipo de protección con las características constructivas de los diversos tipos de relevadores, que llevan al modelado dinámico y análisis de los circuitos eléctricos y electrónicos de los dispositivos durante su operación. Establece los criterios para la selección y ajuste de los diversos equipos y dispositivos, para la coordinación de las protecciones, de acuerdo a las normas eléctricas.

29 Intención didáctica. Esta asignatura proporciona las normas y criterios para el diseño de los esquemas de protección de los sistemas eléctricos de potencia. Está organizada en cinco unidades, cuyo contenido temático es referido al análisis y diseño de la protección del sistema eléctrico de potencia. La unidad uno proporciona la comprensión de la función y objetivo de la protección por relevadores, con los conceptos de protección primaria y de respaldo mediante zonas de protección. Los componentes y dispositivo de una protección. Se analiza el efecto y consecuencia de las fallas sobre la estabilidad y la relación con la protección del sistema eléctrico. En la unidad dos se describen las características constructivas y operativas de los relevadores de protección electromecánicos, estáticos y microprocesados. Y las especificaciones y características de restauradores y fusibles. La unidad tres proporciona los criterios y normas para la selección, conexión y cálculo de la capacidad de los transformadores de corriente y de potencial que alimentan a los relevadores de protección. En la cuarta unidad se fundamentan las conexiones de los componentes de la protección para su análisis e interpretación de los esquemas de protección de generadores, transformadores, buses y líneas especificando las conexiones de los transformadores de instrumentos con los relevadores de protección e interruptores en sus diversos arreglos. Se describen los sistemas de control supervisorio y la relación con los esquemas de protección. La quinta unidad consiste en el desarrollo de un proyecto final de coordinación de protecciones. Es indispensable la aportación de los conocimientos, criterios y normas para la coordinación de protecciones de sobrecorriente y de protección de distancia, así como el ajuste de la protección diferencial para sistemas de distribución y transmisión, que permitan la elaborar este proyecto. El profesor deberá tener especial cuidado en mantener el avance del programa en forma tal de asegurar que los alumnos alcancen el nivel correcto de conocimientos y habilidades en cada unidad y adquieran las competencias específicas a desarrollar.

30 3.- COMPETENCIAS A DESARROLLAR Competencias específicas: Interpretar, representar, calcular y explicar el comportamiento de las de las protecciones y su relación con los sistemas eléctricos de potencia. Además de analizar el sistema eléctrico para poder seleccionar e instalar los equipos y dispositivos de protección. Calcular y diseñar los proyectos y coordinación de la protección de acuerdo a la normatividad vigente. Competencias genéricas 1- Competencias instrumentales: Capacidades cognitivas, la capacidad de comprender y manipular ideas y pensamientos. Capacidades metodológicas para manipular el ambiente: ser capaz de organizar el tiempo y las estrategias para el aprendizaje, tomar decisiones o resolver problemas. Destrezas tecnológicas relacionadas con el uso de la computación en la búsqueda y manejo de información. Destrezas lingüísticas tales como la comunicación oral y escrita o conocimientos de una segunda lengua para la comprensión de de textos y manuales en ingles: Capacidad de análisis y síntesis Capacidad de organizar y planificar Conocimientos generales básicos Conocimientos básicos de la carrera de ingeniería eléctrica Comunicación oral y escrita en su propia lengua Habilidades básicas de manejo de la computadora, de programas matlab. Habilidades de gestión de información(habilidad para buscar y analizar información proveniente de fuentes diversas Solución de problemas Toma de decisiones. 2-Competencias interpersonales Capacidad de expresar los propios sentimientos, habilidades críticas y de autocrítica. Destrezas sociales relacionadas con las habilidades interpersonales.

31 Capacidad de trabajar en equipo o la expresión de compromiso social o ético: Capacidad crítica y autocrítica Trabajo en equipo Habilidades interpersonales Habilidad para trabajar en un ambiente laboral Compromiso ético 3-Competencias sistémicas: Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica Habilidades de investigación Capacidad de aprender Capacidad de adaptarse a nuevas situaciones Capacidad de generar nuevas ideas (creatividad) Habilidad para trabajar en forma autónoma Capacidad para diseñar y gestionar proyectos Preocupación por la calidad 4.- HISTORIA DEL PROGRAMA Lugar y fecha de Participantes elaboración o revisión Instituto Tecnológico de Representantes de las Chetumal Marzo 2012 Academias de ingeniería eléctrica Observaciones (cambios y justificación) Reunión de Academia

32 5.- OBJETIVO GENERAL DEL CURSO (competencias específicas a desarrollar en el curso) Calcular, seleccionar y ajustar, los equipos y dispositivos para diseñar los esquemas de protección que contribuyan a mantener la continuidad del suministro, en los sistemas de generación, transmisión y distribución de la energía eléctrica. 6.- COMPETENCIAS PREVIAS 1. Análisis de circuitos de corriente alterna. 2. Análisis de la Máquina síncrona. 3. Análisis de cortocircuito por componentes simétricas. 4. Análisis de transformadores 5. Cálculos de los parámetros de líneas de transmisión de potencia. 6. Modelación matemática de sistemas físicos.