CCME - Cálculo y Construcción de Máquinas Eléctricas

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1 Unidad responsable: Unidad que imparte: Curso: Titulación: Créditos ECTS: ESEIAAT - Escuela Superior de Ingenierías Industriales, Aeroespacial y Audiovisual de Terrassa EE - Departamento de Ingeniería Eléctrica GRADO EN INGENIERÍA ELÉCTRICA (Plan 2009). (Unidad docente Optativa) 6 Idiomas docencia: Catalán, Castellano Profesorado Responsable: Otros: Luis Martínez Barrios José Ignacio Candela García, David Romero Durán y Joan Montanya Puig Objectius generals Capacidades previas Se considera conveniente haber alcanzado los conocimientos impartidos en la asignatura de Máquinas Eléctricas. Competencias de la titulación a las cuales contribuye la asignatura Transversales: 1. APRENDIZAJE AUTÓNOMO - Nivel 2: Llevar a cabo las tareas encomendadas a partir de las orientaciones básicas dadas por el profesorado, decidiendo el tiempo que se necesita emplear para cada tarea, incluyendo aportaciones personales y ampliando las fuentes de información indicadas. 2. COMUNICACIÓN EFICAZ ORAL Y ESCRITA - Nivel 2: Utilizar estrategias para preparar y llevar a cabo las presentaciones orales y redactar textos y documentos con un contenido coherente, una estructura y un estilo adecuados y un buen nivel ortográfico y gramatical. 3. EMPRENDEDURÍA E INNOVACIÓN - Nivel 2: Tomar iniciativas que generen oportunidades, nuevos objetos o soluciones nuevas, con una visión de implementación de proceso y de mercado, y que implique y haga partícipes a los demás en proyectos que se deben desarrollar. 4. TRABAJO EN EQUIPO - Nivel 2: Contribuir a consolidar el equipo planificando objetivos, trabajando con eficacia y favoreciendo la comunicación, la distribución de tareas y la cohesión. 5. USO SOLVENTE DE LOS RECURSOS DE INFORMACIÓN - Nivel 2: Después de identificar las diferentes partes de un documento académico y de organizar las referencias bibliográficas, diseñar y ejecutar una buena estrategia de búsqueda avanzada con recursos de información especializados, seleccionando la información pertinente teniendo en cuenta criterios de relevancia y calidad. 1 / 7

2 Metodologías docentes - Sesiones presenciales de exposición de contenidos. - Sesiones presenciales de trabajo en el aula. - Sesiones presenciales de trabajo en el laboratorio. - Trabajo autónomo de estudio y realización de ejercicios. - Preparación y realización de actividades evaluadas en grupo. En las sesiones de exposición de los contenidos el profesor introducirá las bases teóricas de la materia, conceptos, métodos y resultados ilustrándolo con ejemplos convenientes para facilitar su comprensión. Las sesiones de trabajo en el aula serán de cuatro tipos: a) Sesiones en las que el profesor guiará al estudiante en el análisis de datos y la resolución de problemas aplicando técnicas, conceptos y resultados teóricos. b) Sesiones de presentación de trabajos realizados en grupo por los estudiantes. c) Sesiones de realización de diseño de elementos de máquinas mediante los elementos finitos. d) Sesiones de evaluación por exámenes. Los estudiantes dispondrán de toda la documentación en el Campus Digital de la asignatura: presentaciones teóricas, ejercicios resueltos, guiones de prácticas y propuestas de trabajos dirigidos. Los estudiantes, de forma autónoma, tendrán que estudiar para asimilar los conceptos, resolver los ejercicios propuestos. Los estudiantes elaborarán trabajos en grupo que presentarán públicamente en las sesiones de aplicación. Objetivos de aprendizaje de la asignatura Introducir al estudiante en los principios de diseño y cálculo de las máquinas eléctricas (transformadores, generadores y motores) tanto desde el punto de vista de sus valores asignados (placa de características) como en los procesos transitorios que puedan presentar. Se insistirá de forma especial en el uso de materiales normalizados y existentes en el mercado así como en la realización de croquis y planos constructivos para los procesos de fabricación utilizando sobre todo valores y gráficas editals por grandes fabricantes de máquinas eléctricas. Horas totales de dedicación del estudiantado Dedicación total: 150h Horas grupo grande: 30h 20.00% Horas grupo mediano: 15h 10.00% Horas grupo pequeño: 15h 10.00% Horas actividades dirigidas: 0h 0.00% Horas aprendizaje autónomo: 90h 60.00% 2 / 7

3 Contenidos TEMA 0. INTRODUCCIÓN Dedicación: 4h Grupo grande/teoría: 2h Aprendizaje autónomo: 2h Descripción de la topología de los diferentes tipos de máquinas eléctricas Leyes y métodos en el diseño de máquinas eléctricas. 0:03. Normas constructivas internacionales. 0:04. Influencia de los motores primarios y de las cargas Magnitudes de partida. Placa característica. Valores asignados Interpretación de planos constructivos. 0:07. Modificación y mejora de máquinas existentes. 0:08. Conceptos económicos. Presupuestos. 0:09. Los circuitos de las máquinas eléctricas. - Introducción a los elementos finitos y el programa FEM. TEMA 1. - EL CIRCUITO MAGNÉTICO Dedicación: 30h Grupo grande/teoría: 4h Grupo mediano/prácticas: 4h Grupo pequeño/laboratorio: 6h Aprendizaje autónomo: 15h Introducción al circuito magnético. Magnitudes y unidades. Materiales magnéticos normalizados. Curvas B- H. energía y esfuerzos en los circuitos magnéticos. Pérdidas en el hierro Definición del circuito magnético. Partes Ecuación del circuito magnético. Fuerza magnetomotriz a generar Fuerzas electromotrices de las diferentes máquinas Entrehierros: inducción real y excitación Pols: inducción real y excitación Dientes: Inducción en las diferentes partes y excitación Corona del inducido: inducción real y excitación Corona polar: inducción real y excitación Excitación total del circuito magnético - Circuito magnético I: Diseño de una inductancia con entrehierros. - Circuito magnético II: Diseño de un transformador. - Circuito magnético III: Diseño de un motor asíncrono. 3 / 7

4 TEMA 2. - EL CIRCUITO ELÉCTRICO Dedicación: 14h Grupo grande/teoría: 2h Grupo mediano/prácticas: 2h Grupo pequeño/laboratorio: 2h Aprendizaje autónomo: 8h Introducción al circuito eléctrico. Magnitudes y unidades. Materiales eléctricos comerciales. Influencia de la temperatura sobre las diferentes magnitudes. Dilataciones. Conductores y pletinas normalizadas Caídas de tensión absolutas y porcentuales Pérdidas absolutas y porcentuales Resistencias de contacto. Paso de corriente de elementos fijos a móviles Coeficientes de corrección. Factores de devanado Diseño de bobinas polares Ranuras para devanados. Cuñas para ranuras Fines de bobinas Devanados de compensación y bobinas para polvo auxiliares Devanados rotòrics de las máquinas asíncronas. - Proceso de cálculo de las bobinas de alta y baja tensión de un transformador. TEMA 3. - EL CIRCUITO DIELÉCTRICO Dedicación: 24h Grupo grande/teoría: 4h Grupo mediano/prácticas: 3h Grupo pequeño/laboratorio: 4h Aprendizaje autónomo: 12h Introducción al circuito dieléctrico. Rigidez dieléctrica. Constante dieléctrica. Materiales aislantes comerciales. Energía almacenada en los aislantes. Esfuerzos dieléctricos. Pérdidas de origen dieléctrico. Concepto de tangente de pérdidas Factores que influyen sobre la rigidez dieléctrica de los aislantes Aislamiento de las máquinas eléctricas Procesos de impregnación por resinas sintéticas Dimensionado de los aislantes. Problemas Disposición de los aislantes mediante capas paralelas en serie Disposición de dieléctricos en capas concéntricas Disposición de dieléctricos en capas concéntricas de diferentes materiales Construcciones prácticas de sistemas de aislamiento Descargas térmicas Pruebas y ensayos de aislamiento. - Diseño del aislamiento de AT de un transformador 4 / 7

5 TEMA 4. - EL CIRCUITO TÉRMICO Dedicación: 25h Grupo grande/teoría: 3h Grupo mediano/prácticas: 4h Grupo pequeño/laboratorio: 4h Aprendizaje autónomo: 13h Introducción al circuito térmico. Características térmicas de los materiales utilizados en las máquinas eléctricas. Formas de transmisión de calor: conducción, convección y radiación Generación y evacuación de pérdidas Resistencia térmica. Circuitos térmicos equivalentes Conducción térmica axial en los conductores. Conducción térmica radiales en los conductores Conducción térmica axial en el paquete de chapa Conducción térmica radial en el paquete de chapa Convección y radiación térmica Proceso de calentamiento de las máquinas. Curvas de calentamiento Proceso de enfriamiento de las máquinas. Curvas de enfriamiento Sistemas de refrigeración y ventilación. características - Diseño térmico de la ranura de un alternador. TEMA 5. - PARAMETRITZACIÓ DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS Dedicación: 26h Grupo grande/teoría: 5h Grupo mediano/prácticas: 3h Grupo pequeño/laboratorio: 4h Aprendizaje autónomo: 13h Introducción al cálculo paramétrico. Magnitudes de referencia. Parámetros eléctricos y magnéticos. dimensiones de referencia. Concepto de carga lineal específica Máquinas de corriente continua: formas paramétricas de la fuerza electromotriz, potencia y par en bornes, caídas de tensión y pérdidas relativas a los devanados del inducido Máquinas de corriente alterna: formas paramétricas de la fuerza electromotriz, potencia y par en bornes, caídas de tensión relativas para reactancia de dispersión Transformadores: formas paramétricas de la fuerza electromotriz y de la potencia en bornes Significado térmico del producto paramétrico Coeficiente de uso de las máquinas eléctricas Ley de tamaño de las máquinas eléctricas Introducción al concepto de semejanza. 5 / 7

6 TEMA 6. - ELEMENTOS MECÁNICOS EN LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS Dedicación: 23h Grupo grande/teoría: 5h Grupo mediano/prácticas: 4h Aprendizaje autónomo: 13h Generalidades sobre construcción de máquinas eléctricas. Clasificación de los elementos constructivos. Componentes de una máquina eléctrica. Tipo constructivos. Conceptos básicos de resistencia de materiales y de dinámica de rotación Cálculos de los elementos giratorios. Rotores y polvo salientes Árboles. Flexión y velocidades críticas de los árboles Sustentación de los órganos giratorios. Cojinetes Máquinas de eje horizontal y de eje vertical Cálculo de los elementos estáticos Desequilibrios. Efectos y métodos de corrección Carcasas. Aletas de ventilación. Ventiladores Vibraciones. Límites normalizados Elementos de fijación Sistemas de refrigeración. Medios refrigerantes. Sistema de calificación - Examen teoría 1 (Tema 1, 2 y 3): 10% - Examen teoría 2 (Tema 4,5 y 6): 10% - Examen problemas 1 (Tema 1, 2 y 3): 25% - Examen problemas 2 (Tema 4, 5 y 6): 25% - Laboratorio: 20% - Actividades dirigidas: 10% 6 / 7

7 Bibliografía Básica: Corrales Martín, Juan. Cálculo industrial de máquinas eléctricas. Barcelona ; México D.F.: Marcombo Boixareu, DL ISBN Corrales Martín, Juan. Cálculo modular de máquinas eléctricas : manual práctico. Barcelona: Marcombo Boixareu, cop ISBN Corrales Martín, Juan. Cálculo óptimo de transformadores. Barcelona: UPB. ETSIIB : Marcombo, DL ISBN Pyrhönen, Juha; Hrabovcová, Valéria; Jokinen, Tapani. Design of rotating electrical machines. Chichester: John Wiley & Sons, ISBN Complementaria: Moser, H. P. Transformerboard. Rapperswil, Suïssa: Weidmann AG, Hamdi, Essam S. Design of small electrical machines. Chichester [etc.]: John Wiley & Sons, cop ISBN Kulkarni, S. V; Khaparde, S.A. Transformer engineering: design and practice [en línea]. New York: Marcel Dekker, cop [Consulta: 19/05/2014]. Disponible a: < ISBN Levi, Enrico. Polyphase motors : a direct approach to their design. New York [etc.]: John Wiley, cop ISBN Otros recursos: 7 / 7