SPF Carrera: Esta asignatura tiene aportaciones en los siguientes puntos del perfil de egreso del Ingeniero en Eléctrica:

Transcripción

1 Subsecretaría de Educación Superior Dirección General de Educación Superior Tecnológica Instituto Tecnológico de Querétaro 1. Datos Generales de la asignatura Nombre de la asignatura: Calidad de Energía Clave de la asignatura: SPF-1305 Créditos (Ht - Hp - créditos): Carrera: Ingeniería Eléctrica 1. Presentación Caracterización de la asignatura Esta asignatura tiene aportaciones en los siguientes puntos del perfil de egreso del Ingeniero en Eléctrica: En el aspecto profesional: Conocer los fenómenos que se producen dentro de sector eléctrico en la generación y distribución de energía eléctrica. Dominar los fenómenos de la calidad de energía. Dominar el diseño de sistemas eléctricos para la disminución de fenómenos que afectan a la calidad de energía. Dominar los sistemas de monitoreo de variables de Compatibilidad Electromagnética (EMC). En el aspecto personal Incentivar la solución de problemas usando las herramientas de trabajo disponibles. Crear una disciplina de auto aprendizaje que le permita buscar soluciones a los problemas. Av. Tecnológico s/n esq. Mariano Escobedo, Col. Centro, C.P , Querétaro, Qro., México Campus Centro Tel. 01(442) Fax: 01(442) Campus Norte 01(442)

2 En el aspecto social Crear una actitud de trabajo orientada al equipo. Fomentar el liderazgo de los estudiantes. Intención didáctica Se organiza el temario, en cinco temas, agrupando los contenidos conceptuales de la asignatura en el primer tema, se incluyen tres temas que se destinan a la aplicación de los conceptos abordados en ellos y por último se dan herramientas para el análisis de los fenómenos antes impartidos. El primer tema contiene los conceptos básicos para abordar el análisis de sistemas eléctricos, así como ver de manera general el proceso de los fenómenos que afectan a la calidad de energía, sobre todo en la Compatibilidad Electromagnética. En el segundo tema se analizan los efectos relacionados con las caídas de Tensión (SAGS) y con las interrupciones de Energía. En el tercer tema se aborda el manejo de sobretensiones transitorias en los sistemas eléctricos con herramientas computacionales de la actualidad. El cuarto tema se estudia un efecto muy común en la industria que se considera como una fuente principal de fallas en el sistema eléctrico, las armónicas, como tratar este tipo de fenómeno para la corrección de errores en los proceso productivos. Se sugiere una actividad integradora, en el quinto tema, que permita aplicar los conceptos estudiados. Esto permite dar un cierre a la materia mostrándola como útil por sí misma en el desempeño profesional, independientemente de la utilidad que representa en el tratamiento de temas en materias de la especialidad. 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; por esta razón las actividades prácticas se han descrito como actividades previas al tratamiento teórico de los temas, de manera que no sean una mera

3 corroboración de lo visto previamente en clase, sino una oportunidad para conceptualizar a partir de lo observado. En las actividades prácticas sugeridas, es conveniente que el profesor busque sólo guiar a sus alumnos para que ellos hagan la elección de las variables a controlar y registrar. Para que aprendan a planificar e involucrarlos en el proceso de la asignatura. La lista de actividades de aprendizaje no es exhaustiva, se sugieren sobre todo las necesarias para hacer más significativo y efectivo el aprendizaje. Algunas de las actividades sugeridas pueden hacerse como actividad extra clase y comenzar el tratamiento en clase a partir de la discusión de los resultados de las observaciones. Se busca partir de experiencias concretas, cotidianas, para que el estudiante se acostumbre a reconocer los fenómenos físicos en su alrededor y no sólo se hable de ellos en el aula. Es importante ofrecer escenarios distintos, ya sean construidos, artificiales, virtuales o naturales. 3. Participantes en el diseño y seguimiento curricular del programa Lugar y fecha de elaboración o revisión Participantes Observaciones Instituto Tecnológico de Querétaro, del 15 al 23 de Abril de Integrantes de la academia de Ingeniería Eléctrica del Instituto Tecnológico de Querétaro. Elaboración de los planes y programas de estudio para la especialidad de la carrera de ingeniería eléctrica del plan de curso IELE

4 4. Competencia(s) a desarrollar Competencia específica de la asignatura Comprende las herramientas empleadas en los sistemas eléctricos para su análisis y corrección de fenómenos de Compatibilidad Electromagnética. Analiza la respuesta de sistemas eléctricos ante señales de estímulo para obtener una mejor calidad de energía. Diseña, Analiza e implementa dispositivos que minimicen los efectos que producen una mala utilización de energía eléctrica. Diseña, Analiza e implementa filtros mediante técnicas de diseño convencionales apoyados en elementos electrónicos y herramientas computacionales para instrumentación y control (Monitoreo de variables) en el sector industrial. 5. Competencias previas Interpretar, representar, calcular y explicar el comportamiento de las cargas y flujos de potencia en un sistema eléctrico de media y alta tensión, incluyendo el análisis bajo condiciones de falla, para operar eficientemente los mismos. Analizar, diseñar y simular circuitos eléctricos y electrónicos, para interpretar las formas de ondas y el funcionamiento de los dispositivos semiconductores de potencia para la implementación de convertidores en aplicaciones industriales. Desarrollar las competencias necesarias para seleccionar, aplicar, calibrar, operar los instrumentos de medición y control empleados en los procesos industriales, así mismo las habilidades para la sintonización de los controladores. Conocer, aplicar y desarrollar las actividades de mantenimiento eléctrico (realizar pruebas, mediciones y diagnósticos del estado físico de equipos, máquinas e instalaciones eléctricas) para mantener en operación y en condiciones de seguridad, eficiencia y economía a equipos, máquinas e instalaciones eléctricas.

5 6. Temario No. Nombre de temas Subtemas 1 Introducción 1.1. Qué es la calidad de energía Calidad de energía = calidad de tensión Por qué nos involucramos sobre la calidad de energía Términos y definiciones Clases generales de problemas de calidad de energía Transitorios Interrupciones prolongadas Interrupciones momentáneas Desbalance de la tensión Distorsión de forma de onda Fluctuación de tensión Variaciones de frecuencia de energía Términos de calidad de energía. 2 Caídas de tensión (Sags) e interrupciones de Energía Fuentes de las Caídas de tensión e interrupciones de Energía Área de vulnerabilidad Problemas del usuario final Caídas de tensión en arranque de motor Herramientas computacionales para el análisis de Sags e Interrupciones de Energía. 3 Sobre tensión transitoria Fuentes de las sobre tensión transitoria Principios de protección de las sobre tensión transitoria Dispositivos de protección de las sobre tensión transitoria Herramientas computacionales para el análisis de transitorios. 4 Armónicos Distorsión armónica Distorsión tensión contra corriente Armónicos contra Transitorios Distorsión Armónica Total (THD) y valor

6 rms Potencia y factor de potencia Efectos de la distorsión armónica Principios para controlar armónica Localización de fuentes armónica Dispositivos para filtrar armónicas Modelado de fuentes armónicas Diseño de filtros (activos) Herramientas computacionales para el análisis de armónicas. 5 Monitoreo de la calidad de energía Introducción Transductores Instrumentación para la calidad de energía Monitoreo de armónicas Muestreo por la FFT Filtro anti-alias Implementación de FFT Medición de armónicas en estado estable Medición de interarmónicas Medición de ángulo de fase Monitoreo de transitorios Registro de eventos Monitoreo de parpadeos Medidor de parpadeo IEC Medidor de parpadeo basado en el dominio del tiempo Medidor de parpadeo en el dominio de la frecuencia valoración del desbalance de tensión y corriente.

7 7. Actividades de aprendizaje de los temas 1. Introducción Competencias Actividades de aprendizaje Especifica(s): Comprende los conceptos de los fenómenos que se producen en la Compatibilidad Electromagnética. Genéricas: Conocimientos sobre el área de estudio y la profesión. Capacidad de comunicación oral y escrita. Habilidades en el uso de las tecnologías de la información y de la comunicación. Capacidad de investigación. Comprender las características principales de los fenómenos que se producen en el sistema eléctrico. Encontrar la información que involucra los efectos de la Compatibilidad Electromagnética. Identificar las características de los sistemas de eléctricos. Investigar las ventajas y desventajas de la calidad de energía en los sistemas eléctricos. Emplear dispositivos electrónicos para observar los efectos del cambio en el muestreo sobre la señal eléctrica. Capacidad de aprender y actualizarse permanentemente. Habilidades para buscar, procesar y analizar información procedente de fuentes diversas. Capacidad para identificar, plantear y resolver problemas. Capacidad de trabajo en equipo Habilidades interpersonales. Habilidad para trabajar en forma autónoma. 2. Caídas de tensión (Sags) e interrupciones de Energía. Competencias Actividades de aprendizaje Especifica(s): Comprende los conceptos de los fenómenos de caída Desarrollar prácticas de simulación para estudiar el fenómeno eléctrico de Sags e Interrupciones de

8 de tensión (Sags) e interrupciones de Energía. Energía. Genéricas: Capacidad de abstracción, análisis y síntesis. Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica. Capacidad para organizar y planificar el tiempo. Conocimientos sobre el área de estudio y la profesión. Capacidad de comunicación oral y escrita. Habilidades en el uso de las tecnologías de la información y de la comunicación. Capacidad de investigación. Determinar la posible solución para minimizar los efectos en los sistemas eléctricos. Analizar la realización de toma de decisiones de los sistemas eléctricos. Desarrollar un proyecto creativo con aplicación en el entorno profesional, aplicando normas técnicas y estándares nacionales e internacionales. Desarrollar programas para simular la respuesta transitoria de los sistemas eléctricos. Capacidad de aprender y actualizarse permanentemente. Habilidades para buscar, procesar y analizar información procedente de fuentes diversas. Capacidad crítica y autocrítica. Capacidad para actuar en nuevas situaciones. Capacidad creativa. Capacidad para identificar, plantear y resolver problemas. Capacidad para tomar decisiones. Capacidad de trabajo en equipo. Habilidades interpersonales. Capacidad de motivar y conducir hacia metas comunes. Habilidad para trabajar en forma autónoma. Capacidad para formular y gestionar proyectos. 3. Sobre tensión transitoria. Competencias Actividades de aprendizaje

9 Especifica(s): Comprende los conceptos de los fenómenos de sobre tensión transitoria en los sistemas eléctricos. Genéricas: Capacidad de abstracción, análisis y síntesis. Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica. Capacidad para organizar y planificar el tiempo. Conocimientos sobre el área de estudio y la profesión. Capacidad de comunicación oral y escrita. Habilidades en el uso de las tecnologías de la Desarrollar prácticas de simulación para estudiar el fenómeno eléctrico de sobre tensión transitoria. Determinar la posible solución para minimizar los efectos en los sistemas eléctricos. Analizar la realización de toma de decisiones de los sistemas eléctricos. Desarrollar un proyecto creativo con aplicación en el entorno profesional, aplicando normas técnicas y estándares nacionales e internacionales. Desarrollar programas para simular la respuesta transitoria de los sistemas eléctricos. información y de la comunicación. Capacidad de investigación. Capacidad de aprender y actualizarse permanentemente. Habilidades para buscar, procesar y analizar información procedente de fuentes diversas. Capacidad crítica y autocrítica. Capacidad para actuar en nuevas situaciones. Capacidad creativa. Capacidad para identificar, plantear y resolver problemas. Capacidad para tomar decisiones. Capacidad de trabajo en equipo. Habilidades interpersonales. Capacidad de motivar y conducir hacia metas comunes. Habilidad para trabajar en forma autónoma. Capacidad para formular y gestionar proyectos.

10 4. Armónicos. Competencias Actividades de aprendizaje Especifica(s): Estudiar y analizar el fenómeno de armónicas en los sistemas eléctricos. Genéricas: Capacidad de abstracción, análisis y síntesis. Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica. Capacidad para organizar y planificar el tiempo. Conocimientos sobre el área de estudio y la profesión. Capacidad de comunicación oral y escrita. Habilidades en el uso de las tecnologías de la información y de la comunicación. Capacidad de investigación. Capacidad de aprender y actualizarse Desarrollar prácticas de simulación para estudiar el fenómeno eléctrico de Armónicas. Determinar la posible solución para minimizar los efectos en los sistemas eléctricos. Analizar la realización de toma de decisiones de los sistemas eléctricos. Desarrollar un proyecto creativo con aplicación en el entorno profesional, aplicando normas técnicas y estándares nacionales e internacionales. Desarrollar programas para simular la respuesta transitoria de los sistemas eléctricos. Implementar filtros para eliminar armónicas en el sistema eléctrico. permanentemente. Habilidades para buscar, procesar y analizar información procedente de fuentes diversas. Capacidad crítica y autocrítica. Capacidad para actuar en nuevas situaciones. Capacidad creativa. Capacidad para identificar, plantear y resolver problemas. Capacidad para tomar decisiones. Capacidad de trabajo en equipo. Habilidades interpersonales. Capacidad de motivar y conducir hacia metas comunes.

11 Habilidad para trabajar en forma autónoma. Capacidad para formular y gestionar proyectos. 5. Monitoreo de la calidad de energía. Competencias Actividades de aprendizaje Especifica(s): Diseña, Analiza e implementa instrumentación para monitorias los fenómenos presentes en los sistemas eléctricos mediante técnicas de control clásico para el sector industrial. Investigar la implementación de dispositivos electrónicos para el análisis de estos fenómenos con herramientas computacionales. Desarrollar prácticas de simulación para estudiar los fenómeno de compatibilidad electromagnética. Genéricas: Capacidad de abstracción, análisis y síntesis. Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica. Conocimientos sobre el área de estudio y la profesión. Capacidad de comunicación oral y escrita. Habilidades en el uso de las tecnologías de la información y de la comunicación. Capacidad de investigación. Habilidades para buscar, procesar y analizar Determinar la posible solución para minimizar los efectos en los sistemas eléctricos. Analizar la realización de toma de decisiones de los sistemas eléctricos. Desarrollar un proyecto creativo con aplicación en el entorno profesional, aplicando normas técnicas y estándares nacionales e internacionales. Desarrollar programas para simular la respuesta de efectos de los sistemas eléctricos. información procedente de fuentes diversas. Capacidad crítica y autocrítica. Capacidad creativa. Capacidad para identificar, plantear y resolver problemas. Capacidad de trabajo en equipo. Habilidades interpersonales. Habilidad para trabajar en forma autónoma. Capacidad para formular y gestionar proyectos.

12 8. Prácticas Simulaciones: Varios efectos (fenómenos) de Compatibilidad Electromagnética. 9. Proyecto de asignatura (Para fortalecer la(s) competencia(s) de la asignatura) El objetivo del proyecto es demostrar el desarrollo y alcance de la(s) competencia(s) de la asignatura, considerando las siguientes fases: Desarrollar un proyecto que consista en la construcción de un prototipo de sistema monitoreo de fenómenos de Compatibilidad Electromagnética [Calidad de Energía], para el mejoramiento de un sistema eléctrico. Se recomienda establecer el proyecto al finalizar el primer tema. Fundamentación: Con base en las competencias desarrolladas durante el curso, el estudiante debe ser capaz de diseñar, analizar e implementar un sistema de monitoreo, que demuestre los fenómenos que se desarrollaron durante el curso. Planeación: El estudiante debe ser capaz de estructurar las etapas para el diseño, análisis e implementación del sistema de monitoreo, propuesto por el profesor. Ejecución: El estudiante debe realizar la distribución de sus actividades plasmándolas en un cronograma que le permita distribuir el tiempo de desarrollo de cada etapa, la fase de pruebas y la integración de todas las etapas. Evaluación: El docente dará seguimiento desde la propuesta de desarrollo, cronograma, ejecución y reporte técnico donde pueda comprobar con evidencia objetiva, que el sistema cumple con los requerimientos establecidos.

13 10. Evaluación por competencias (específicas y genéricas de la asignatura) Instrumentos y herramientas sugeridas para evaluar las actividades de aprendizaje: Reportes escritos de las observaciones hechas durante las actividades, así como de las conclusiones obtenidas de dichas observaciones. Información obtenida durante las investigaciones solicitadas plasmada en documentos escritos. Descripción de otras experiencias concretas que podrían realizarse adicionalmente. Evaluaciones escritas para comprobar el manejo de aspectos teóricos y declarativos. Presentar un proyecto creativo donde demuestre el control de una variable física empleando técnicas de control para sistemas eléctricos, presentando los fundamentos teóricos del diseño del proyecto, a través del reporte. 11. Fuentes de información Bibliografía [1]. Arrillaga, J., Watson, N. R., & Chen, S. (2000). Power System Quality Assessment. West Sussex.: Wiley. [2]. Dugan, R. C., McGranaghan, M. F., & Beaty, H. W. (1995). Electrical Power Systems Quality. McGraw-Hill Companies. [3]. IEC 50(161). (1990). International Electrotechnical Vocabulary (IEV). IEC. IEC. [4]. IEC (1992). TECHNICAL REPORT Electromagnetic compatibility (EMC), Part 1: General Section 1: Application and interpretation of fundamental definitions and terms. [5]. IEC (1999). INTERNATIONAL STANDARD Electromagnetic compatibility (EMC) Part 4: Testing and measurement techniques Section 15: Flickermeter Functional and design specifications. [6]. IEC (2001). INTERNATIONAL STANDARD Electromagnetic compatibility (EMC) Part 3-2: Limits for harmonic current emissions (equipment input current 16 A per phase). [7]. IEEE. (1984). Standard Dictionary of Electrical And Electronics Terms, Std IEEE. [8]. Nava, H., Hernández, I., Pezat, F., & Mendoza, I. (1998). El Sistema Internacional de Unidades (SI), Publicación Técnica CNM-MMM-PT-003. Querétaro: Centro Nacional de Metrología.

14 [9]. Rodríguez, R. (2004). Reporte del Wattmetro Digital. Querétaro, Qro.: Centro Nacional de Metrología. [10]. SECOFI -. (1986). Norma Oficial Mexicana, NOM-Z , Vocabulario de Términos Fundamentales y Generales. México. [11]. Sun, J., Czarkowski, D., & Zabar, Z. (2002). Voltage Flicker Mitigation Using PWM- Based Distribution STATCOM. IEEE.