MINISTERIO DE EDUCACION DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN TÉCNICA Y PROFESIONAL PROGRAMA ASIGNATURA: CIRCUITOS ELÉCTRICOS.

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1 MINISTERIO DE EDUCACION DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN TÉCNICA Y PROFESIONAL PROGRAMA ASIGNATURA: CIRCUITOS ELÉCTRICOS. FAMILIA DE ESPECIALIDADES: INFORMÁTICA Y LAS TELECOMUNICACIONES. ESPECIALIDAD: ELECTRÓNICA Y LAS TELECOMUNICACIONES. TECNICO MEDIO ESCOLARIDAD DE INGRESO: 9no. y 12mo. GRADOS AUTORES: M.Sc. Manuel Delgado Benítez Profesor Auxiliar del ISPETP Profesor Principal de la Disciplina Lic. Dolores Baute Belén IPI Osvaldo Herrera Ciudad de La Habana 2009 Año del 50 Aniversario del Triunfo de la Revolución.

2 ORIENTACIONES GENERALES La asignatura Circuitos Eléctricos caracteriza y analiza el comportamiento de los componentes ideales del circuito eléctrico mediante el estudio de la relación tensióncorriente en cada componente y en el circuito aplicando las leyes, teoremas, propiedades y métodos generales. Es preciso y oportuno aclarar que los "métodos generales" de "análisis de circuitos" son los procedimientos derivados de las Leyes de Kirchhoff que se utilizan en la solución del problema fundamental de análisis de circuitos, el cual puede establecerse en los términos siguientes: = Dados los valores de todos los elementos pasivos de una red y las ondas de todas las fuentes de la misma, hallar las ondas de las corrientes y las tensiones en los elementos, estudiando simultáneamente el proceso de transferencia de energía e interpretándolo físicamente. Entonces, "analizar el circuito eléctrico" consiste en determinar las tensiones y las corrientes (respuestas) dados la configuración del circuito eléctrico, los valores de todos sus elementos y las tensiones y/o corrientes de las fuentes (estímulos) que actúan en el circuito. O sea hallar las respuestas del circuito a los estímulos aplicados. I. OBJETIVOS GENERALES DE LA ASIGNATURA Analizar el comportamiento de los Circuitos Eléctricos lineales en estado estable, determinando la corriente y tensión por sus ramas a través de la formación del algoritmo apropiado mediante diferentes métodos en dependencia del tipo de circuito, según sea resistivo puro o contenga almacenadores de energía; teniendo en cuenta el carácter rector de las leyes de Kirchhoff en dicho comportamiento, para lo cual es necesario considerar el carácter general de los métodos de las corrientes de malla y de las tensiones de nodo, y en particular de las transformaciones y reducciones de los Circuitos Eléctricos vinculado con el circuito equivalente, y el de los teoremas tales como el de Thevenin, Norton y Superposición. En el concepto de método para el análisis de los circuitos debe entenderse también su aspecto matemático las operaciones algebraicas para los circuitos resistivos puros y las operaciones en números complejos para los circuitos en estado estable en régimen sinusoidal. Las relaciones corriente - tensión en cada uno de los cuatro elementos ideales del circuito forman parte de la metodología del análisis, en la cual la Ley de Ohm en sus tres variantes algebraicas, y en forma compleja resulta de gran importancia.. Contribuir al desarrollo del carácter partidista de los estudiantes a través de una sólida formación profesional que los capacite para asimilar los métodos y técnicas modernas de la revolución científico técnica, asimilando además la superioridad del sistema socialista en todos los ordenes y valorando justamente el desarrollo tecnológico y social alcanzado. Contribuir a desarrollar las formas del pensamiento lógico, la capacidad de razonamiento de los alumnos, a través de habilidades para la aplicación de los conceptos, métodos, algoritmo en el análisis de los Circuitos Eléctricos y la evaluación crítica de los resultados de la Práctica de Laboratorio. 1

3 Contribuir a desarrollar gusto estético, cualidades pedagógicas y normas morales propias de la profesión, que los convierta en un educador ejemplar. III PLAN TEMATICO Primer Año 2 Semestre. Frecuencia Semanal: 4 Horas. Total de Hora en el semestre: 80 Horas Total de Horas en el curso: 320 Horas Ingreso 9no Grado. Especialidades Electrónica, Telecomunicaciones. Unidad Temática HORAS Total Teoría Práctica 1 Introducción a la asignatura Fundamentos Básicos de los Circuitos Eléctricos Métodos de Resolución de Circuitos Lineales Complejos 1Controles Parciales y 2 Trabajos Práctico Total Frecuencia Semanal: 6 Horas Total de Horas: 120 Horas Segundo Año. Primer Semestre Unidad Temática HORAS Total Teoría Práctica 4 Magnetismo e introducción Electromagnética Análisis de los circuitos de corriente Alterna Monofásicos 6 Corriente Alterna Trifásica Ondas Sinusoidales Análisis del Régimen Transitorio de los Circuitos con Capacitores e Inductores 2do Control Parcial y 2 Trabajo Práctico Total

4 Segundo Año. Segundo Semestre Frecuencia Semanal: 6 Horas Total de Horas: 120 Horas Unidad Temática HORAS Total Teoría Práctica 9 Cuadripolos Atenuadores Filtros Eléctricos Ecualizadores do Control Parcial y 2 Trabajo Práctico Total TOTAL DEL CURSO

5 PROGRAMA ANALÍTICO UNIDAD 1. Introducción a la asignatura. Objetivos. Argumentar la importancia de la asignatura para el especialista de la rama de la Electricidad y la Electrónica, a partir de ejemplos de sus múltiples aplicaciones y precisando su trascendencia para el desarrollo del país y la evolución histórica de la electricidad.. Aplicar las normas que establece el Sistema Internacional de Unidades para el trabajo en la asignatura, sentando las bases para su posterior empleo durante toda la carrera y el ejercicio de la profesión. Sistema de conocimientos: Historia de la electricidad y su relación con la historia de Cuba Introducción general sobre el desarrollo de la industria eléctrica y electrónica en el país. Nomenclatura y simbología más utilizadas en la asignatura Nomenclatura de las tensiones, corrientes, potencias y otros parámetros utilizados en el desarrollo de la asignatura. Simbología de los diferentes componentes constituyentes de los circuitos eléctricos y electrónicos. Unidades básicas. Múltiplos y submúltiplos más utilizados en la asignatura. Ejercicios. Sistema de habilidades. Argumentar la importancia de la asignatura Circuitos Eléctricos para el especialista de las ramas de la Electricidad y la Electrónica. Describir la historicidad de los adelantos en las ramas de la Electricidad y la Electrónica. Aplicar adecuadamente el Sistema Internacional de Unidades en la asignatura. UNIDAD 2 Fundamentos Básicos de los Circuitos Eléctricos. Objetivos: Aplicar los conceptos y leyes fundamentales en circuitos eléctricos elementales. 4

6 Comprobar el comportamiento de circuitos eléctricos elementales mediante la actividad práctica en el laboratorio o mediante el uso del programa simulador: Electronics Work Bench. Sistema de conocimientos: El circuito eléctrico y sus componentes. Nociones básicas sobre corriente, tensión, potencia y energía. Caracterización de los elementos ideales. Caracterización de los elementos reales. Resistores reales: Dependencia de la resistencia eléctrica de factores como: longitud, sección, tipo de material y temperatura. Aplicaciones prácticas. Tipos de resistores. De carbón, potenciómetros, reóstatos, cajas decádicas y para aplicaciones especiales. Parámetros de los resistores: Valor nominal y de trabajo, tolerancia y potencia. Averías en los resistores, abiertos, ruidosos, quemados, alteración de su valor. Utilización del ohmétro como detector de averías en los resistores. Bobinas: Bobinas con núcleo de aire, de ferrita de hierro y de núcleo variable. Parámetros de las bobinas: Valor nominal, potencia de trabajo, inductancia de la bobina y resistencia de la bobina. Averías más comunes en las bobinas: abiertas, espiras cortocircuitadas. Detección de las averías. Aplicaciones prácticas. Capacitores reales (Condensadores): Tipos de capacitores: Fijos y variables, electrolíticos, de mica de papel de cerámica de aceite y tantálicos (tantalio). Parámetros de los capacitores. Capacitancia, capacidad nominal, tolerancia y tensión nominal. Avería en los capacitores; abierto, en cortocircuito, con fugas, detección de las averías. Aplicaciones prácticas. Transformadores: Breve explicación de su funcionamiento. Inducción mutua. Relación de transformación. Transformadores de tensión y de corriente. Rendimiento. Clasificación según tipo de funcionamiento. Tipos de transformadores. Autotransformadores. Aplicaciones. Transformadores trifásicos. Parámetros del transformador: tensión, corriente y potencia nominales. Averías en los transformadores: Devanados abiertos, devanados en cortocircuito (primario, secundario y entre ambos) detección de las averías. Aplicaciones prácticas. Dispositivos semiconductores. Diodos, tipos de diodos de acuerdo a su construcción: De germanio, de silicio y metálico. Parámetros. Uso de manuales, ejemplos prácticos. Transistores: Tipos de transistores: PNP, NPN y de efecto de campo. Parámetros. Uso de manuales. Ejemplos prácticos. Averías en los dispositivos semiconductores: en el montaje, uniones abiertas y uniones en cortocircuito. Detección de las averías. Aplicaciones prácticas. Otros elementos del circuito eléctrico. De conexión y desconexión: Interruptores, 5

7 relevadores, conectores, etcétera. Breve explicación de cada uno de ellos. De protección: Relevadores, fusibles, etc. Importancia de su uso en la especialidad. Breve explicación de cada uno de ellos. Uso de tablas para la selección de fusibles. Conductores: Breve explicación de su importancia. Tipos de conductores más utilizados en la especialidad. Aplicaciones prácticas. Ley de Ohm, Leyes de Kirchhoff. Principio de Dualidad. Sistema de habilidades: Identificar el circuito eléctrico así como los elementos que lo componen. Interpretar físicamente los conceptos de corriente, tensión, potencia y energía, asociándolos a su carácter de magnitudes que caracterizan a los circuitos eléctricos. Analizar el comportamiento de los elementos pasivos ideales ante diferentes tipos de estímulos a partir de la relación que se establece entre la corriente y la tensión en cada uno de ellos. Caracterizar las fuentes de corriente y tensión. Caracterizar los elementos reales de los circuitos eléctricos. Analizar circuitos eléctricos mediante las leyes de Ohm, de Kirchhoff. Actividades prácticas: En este tema se realizarán las primeras prácticas de laboratorio, cuyos propósitos son comprobar la familiarización del estudiante con el trabajo práctico; las reglas de seguridad y la conexión y lectura del amperímetro y del voltímetro. Se explicarán las cualidades que deben poseerse para el trabajo experimental, así como el trabajo preparatorio a desarrollar. Una parte importante de las horas prácticas será dedicada a la ejercitación en la solución de problemas manualmente y a la demostración y comprobación mediante el uso del programa simulador Electronic Work Bench en esta y las demás unidades. UNIDAD 3: Métodos de Resolución de Circuitos Eléctricos Objetivos: Calcular diferentes magnitudes y/o parámetros, según sea necesario, conocidos los valores y características de los elementos que componen el circuito y la forma en que están conectados, así como los valores de las fuentes (estímulos aplicados); para lo cual será necesario aplicar los diferentes métodos estudiados, basándose en las leyes, teoremas, propiedades y métodos generales, interpretando físicamente los resultados obtenidos. 6

8 Comprobar mediante la actividad práctica en el laboratorio el comportamiento de los circuitos estudiados o simularlo mediante el uso del programa simulador: Electronics Work Bench. Sistema de conocimientos: Ecuaciones de las redes resistivas puras. Forma de conexión de elementos pasivos y sus transformaciones. Transformación de fuentes reales. Regímenes de trabajo de los circuitos eléctricos, nominal, baja carga, sobrecarga, de vacío y de cortocircuito. Potencia generada, potencia disipada internamente en la fuente, Potencia en la carga. Eficiencia. Máxima transferencia de potencia. Principales métodos y teoremas de análisis de redes lineales resistivas puras: Principio de Superposición, Método de las Tensiones de Nodo, Método de las corrientes de malla, Teorema de Thevenin, Teorema de Norton, Teorema de Superposición. Circuitos con elementos no lineales. Características de, tensión - corriente de los elementos más utilizados en la especialidad. Línea de carga, punto de operación, resistencia estática y resistencia dinámica. Tratamiento teórico de los elementos no lineales en el circuito eléctrico. Sistema de habilidades: Obtener circuitos equivalentes reducidos a partir de la transformación de elementos activos y pasivos. Seleccionar el método general más conveniente para analizar una red teniendo en cuenta su configuración y las características de los elementos que la componen. Aplicar cualquiera de los métodos estudiados en el cálculo de la intensidad de la corriente, tensión y potencia en el elemento, rama o red resistiva y lineal. Interpretar físicamente los resultados obtenidos en cálculos teóricos y en mediciones efectuadas en la práctica. Actividades prácticas: La universalidad de los métodos y teoremas estudiados en este tema lo califica como uno de los más importantes de la asignatura y básico para los restantes temas. De acuerdo a lo anterior los estudiantes comprobarán experimentalmente la validez de los mismos en dos prácticas de laboratorio vinculadas a trabajos prácticos. Se continuará desarrollando en estas prácticas las habilidades de montar circuitos, leer instrumentos, simular prácticas en EWB y preparación de las prácticas antes de su realización UNIDAD 4: Magnetismo e inducción electromagnética 7

9 Objetivo: Analizar el fenómeno de la inducción electromagnética a partir de las leyes de Lenz y de Faraday, empleando los conceptos relacionados con dicho fenómeno, así como interpretando físicamente el mismo. Sistema de conocimientos: Magnetismo, causa del magnetismo. Definición de campo magnético. Líneas de inducción, flujo magnético. Representación del campo magnético. Inducción magnética. Permeabilidad magnética (absoluta y relativa). Intensidad del campo magnético. Fuerza magnetizante. Curvas de magnetización. Lazo de histéresis, materiales magnéticamente blandos y magnéticamente duros. Campo magnético creado por una espira con corriente. Campo creado por una bobina. Concatenación magnética. Inductancia propia. Fem de autoinducción. Ley de Faraday. Ley de Lenz. Ejercicios. Inductancia mutua, fem de inducción mutua. Marcas de polaridad. Conexión de las inductancias. Ejercicios. Sistema de habilidades: Determinar, teórica y experimentalmente, la ubicación de las marcas de polaridad en bobinas magnéticamente acopladas, así como interpretar físicamente su significado. Analizar el comportamiento del circuito con inductancias mutuas conectadas en serie, paralelo y combinadas, atendiendo al valor del coeficiente de acoplamiento y las posibilidades de ubicación de las marcas de polaridad, realizando reducciones del circuito, aplicando las leyes de Ohm y Kirchhoff interpretando físicamente los resultados obtenidos. Analizar la influencia que provoca en el circuito el cambio de conexión de bobinas acopladas electromagnéticamente, tanto en el plano teórico como práctico. Actividades prácticas: Es importante en esta unidad representar y simular la composición de campos magnéticos simples. Determinar los sentidos lógicos del campo magnético, su valor tanto mediante cálculos como por medición de laboratorio. Deben establecerse convenientemente los conceptos de homogeneidad y heterogeneidad del campo y la relación de tales conceptos con la cualidad de Reluctancia, permeabilidad, intensidad y densidad de campo, flujo, fuerza magnetizante y condiciones del medio en estudio. Aplicación y generalización de las Leyes de Ohm y Kirchhoff. Utilización práctica de las curvas de magnetización. 8

10 Se continuará desarrollando en estas prácticas las habilidades de montar circuitos, leer instrumentos, simular prácticas en EWB y preparación de las prácticas antes de su realización. UNIDAD 5: Análisis de los Circuitos de Corriente Alterna Monofásicos. Objetivos: Calcular diferentes magnitudes y/o parámetros, según sea necesario, conocidos los valores y características de los elementos que componen el circuito y la forma en que están conectados, así como los valores de las fuentes (estímulos aplicados); para lo cual será necesario aplicar los diferentes métodos estudiados, basándose en las leyes, teoremas, propiedades y métodos generales, interpretando físicamente los resultados obtenidos. Comprobar mediante la actividad práctica en el laboratorio el comportamiento de los circuitos estudiados o simularlo mediante el uso del programa simulador: Electronics Work Bench. Sistema de conocimientos: Corriente alterna sinusoidal. Importancia y conceptos básicos. Relación biunívoca entre las funciones sinusoidales y los vectores de giros. Magnitudes complejas. Leyes de Kirchhoff en forma fasorial. Relación entre la tensión y la corriente y análisis de la potencia para cada elemento ideal del circuito. Ley de Ohm para un dipolo pasivo arbitrario. Equivalente entre sus esquemas serie y paralelo y mixto con estímulo de corriente alterna sinusoidal en régimen estable. Diagramas fasoriales. Potencia instantánea en un dipolo. Potencia activa, reactiva, aparente y aparente compleja. Factor de potencia. Compensación de potencia reactiva. Triángulo de potencia. Métodos generales para el análisis de circuitos mediante amplitudes complejas. Sistema de habilidades: Establecer la relación biunívoca entre vector de giro y función sinusoidal. Obtener circuitos equivalentes más sencillos a partir del cálculo de impedancia compleja, la admitancia compleja y de la transformación de fuentes reales. Aplicar la ley de Ohm, las leyes de Kirchhoff, el divisor de tensión y el divisor de corriente, los métodos generales y el teorema de Thevenin en forma fasorial. Resolver operaciones con números complejos. Calcular la lectura de amperímetros y voltímetros. Construir diagramas fasoriales 9

11 Análisis de los circuitos a parámetros concentrados: Parámetros de los receptores de corriente alterna. El circuito resistivo puro. Tensión y corriente instantáneas, representación gráfica, diagrama fasorial, potencia instantánea, potencia activa. El circuito capacitivo puro; tensión y corriente instantáneas, representación gráfica, diagrama fasorial, potencia instantánea, potencia reactiva. Ejercicios. El circuito inductivo puro: tensión y corriente instantáneas, representación gráfica, diagrama fasorial, potencia instantánea, potencia reactiva. El circuito RLC-serie: Tensiones y corrientes instantáneas, representación gráfica, diagrama fasorial, potencias instantánea, activa, reactiva y aparente, triángulos de tensión, impedancia y de potencia, factor de potencia. Casos particulares del circuito RLC serie (RL-RC-LC y resonancia). Análisis de la resonancia por variación de L, C y f, curvas características. El circuito RLC serie como selector, factor de selectividad, ancho de banda. Impedancias en serie. Concepto de impedancia equivalente. Ejercicios. El circuito RLC-paralelo: Conceptos de admitancia, conductancia y susceptancia. Admitancia equivalente, ejercicios. Resonancia de corriente. Obtención de la resonancia por variación de L, C, f o R. Curvas características. El circuito RLC-paralelo como selector. Factor de selectividad. Ejercicios. Determinar carácter predominante de una rama o red analizando el desfasaje existente entre la corriente y la tensión. Calcular las potencias activas, reactivas, aparentes y aparente compleja así como el factor de potencia en un elemento, rama o red; con estímulo de la corriente alterna sinusoidal, analizando las relaciones que entre ella se establece a partir del triángulo de potencia. Mejorar el factor de potencia de una red. Montar circuitos sencillos en los que medirán intensidades de corrientes, caídas de tensión y potencia. Actividades prácticas: En las prácticas de laboratorio previstas el estudiante deberá proponer los 10

12 esquemas de montaje y el instrumental de medición necesarios para medir tensiones y corrientes, desfasajes y potencias, utilizando para ello el programa de computación EWB UNIDAD 6: Corriente Alterna Trifásica Objetivos: Calcular diferentes magnitudes y/o parámetros, según sea necesario, conocidos los valores y características de los elementos que componen el circuito y la forma en que están conectados, así como los valores de las fuentes (estímulos aplicados); para lo cual será necesario aplicar los diferentes métodos estudiados, basándose en las leyes, teoremas, propiedades y métodos generales, interpretando físicamente los resultados obtenidos. Comprobar mediante la actividad práctica en el laboratorio el comportamiento de los circuitos estudiados o simularlo mediante el uso del programa simulador: Electronics Work Bench. Sistema de conocimientos: Principio de generación de las tensiones trifásicas. Valores instantáneos, magnitudes complejas, diagramas fasoriales. Definición de conexión trifásica en estrella y en delta, tensiones y corrientes de fase, línea y neutro. Circuitos trifásicos conectados en estrella y en delta balanceados y no balanceados. Potencia en circuitos trifásicos conectados en estrella y en delta. Sistema de habilidades: Interpretar físicamente el proceso de generación de tensiones trifásicas y la representación de éstas en magnitudes instantáneas y complejas, así como sus valores de fase y línea. Analizar circuitos trifásicos balanceados, calculando sus parámetros y variables energéticas más importantes, mediante el uso de las leyes de Kirchhoff y métodos generales. Analizar circuitos trifásicos desbalanceados, calculando sus parámetros y variables energéticas más importantes. Resolver circuitos trifásicos conectados en delta, estrella y las combinaciones posibles entre la fuente y la carga, estudiando el efecto de la conexión y desconexión del conductor entre neutros de estrellas. Emplear la representación fasorial para el análisis de circuitos trifásicos. Montar circuitos trifásicos sencillos en sus distintos tipos de conexión. 11

13 Medir tensiones y corrientes de fase y de línea y apreciar críticamente la influencia de la interconexión de neutros en la conexión estrella. Actividades prácticas: En las prácticas de laboratorio previstas el estudiante deberá proponer los esquemas de montaje y el instrumental de medición necesarios para comprobar la relación entre tensiones y corrientes de fase y línea, desfasajes, potencias de fase y totales, tensiones y corrientes de neutro, en circuitos balanceados y desbalanceados, conectados en delta y en estrella, utilizando para ello el programa de computación EWB UNIDAD 7: Ondas no Sinusoidales Objetivo. Interpretar una onda no sinusoidal a partir de su representación mediante la Serie de Fourier. Sistema de conocimientos: Tensiones y corrientes no sinusoidales. Serie de Fourier para señales periódicas. Análisis de los regímenes no sinusoidales periódicos monofásicos: Valores eficaces, potencia, factor de forma, de pico y de distorsión. Análisis de circuitos con fuentes no sinusoidales. Análisis de los regímenes no sinusoidales en los circuitos trifásicos. Espectro de las señales no sinusoidales periódicas. Sistema de Habilidades: Calcular tensiones y corrientes eficaces, factor de forma, de pico y de distorsión y potencia activa en circuitos monofásicos alimentados con ondas no sinusoidales periódicas, teniendo en cuenta la representación de la señal a través de los coeficientes de la serie de Fourier. Analizar circuitos trifásicos alimentados por ondas no sinusoidales, teniendo en cuenta la conexión del circuito y sus propiedades con respecto a los distintos armónicos de la serie de Fourier. UNIDAD 8: Análisis del régimen transitorio de los circuitos con capacitores e inductores. Objetivo. Analizar los fenómenos transitorios que ocurren en circuitos eléctricos sencillos que contienen un elemento almacenador de energía, a partir de las leyes de la conmutación y de los procesos energéticos que ocurren en los inductores y capacitores al producirse algún cambio en el circuito provocado por la apertura o 12

14 cierre de interruptores o por la ocurrencia de fallas o cortocircuitos en la red, interpretando físicamente dichos fenómenos. Sistema de conocimientos: Concepto de régimen transitorio, causas de su aparición. Leyes de la conmutación. Proceso de carga y de descarga de un capacitor. Constante de tiempo. Cálculo de la constante de tiempo. Aplicaciones. Ejercicios. Procesos de energización y desenergización de un circuito con inductores. Constante de tiempo. Cálculo de la constante de tiempo. Aplicaciones. Ejercicios. Condiciones de continuidad (Leyes de la Conmutación). Análisis de la respuesta libre y forzada de la red RL con estímulos de corriente directa. Análisis de la respuesta libre y forzada con estímulos de corriente alterna de la red RL. Análisis de la respuesta libre y forzada de la red RC con estímulos de corriente directa y corriente alterna. Análisis de las redes ramificadas de primer orden con estímulos de corriente directa y/o corriente alterna. Sistema de habilidades: Analizar redes dinámicas de primer orden en el dominio del tiempo estimuladas con fuentes de corriente directa y corriente alterna sinusoidal, determinando las respuestas libre y forzada a partir del planteamiento de las condiciones de continuidad de los circuitos e interpretando físicamente los procesos transitorios que ocurren en dichas redes al ser efectuadas las conmutaciones. Actividades prácticas: Las prácticas de laboratorio tendrán como objetivo fundamental realizar el análisis de los circuitos RL y RC a partir de los parámetros del circuito (valores de R, L y C), apreciando las condiciones de continuidad de las variables de estado y determinando experimentalmente el tiempo de duración del transiente, a la vez que se señalará su relación con la constante de tiempo y el coeficiente de amortiguamiento. Se prestará atención a la representación de los gráficos mediante el estudio en osciloscopio en el programa de simulación EWB. UNIDAD 9: Cuadripolos. Objetivo. Analizar el comportamiento de un cuadripolo o de una asociación de Cuadripolos, a partir de las ecuaciones de sus parámetros, llegando a trabajar con Cuadripolos equivalentes e interpretando físicamente los resultados obtenidos. Sistema de habilidades. 13

15 Definir el concepto de cuadripolo. Identificar las ecuaciones de los Cuadripolos. Calcular los principales parámetros de los Cuadripolos. Relacionar los principales parámetros de los Cuadripolos. Definir impedancias imagen. Definir impedancias iterativas. Definir cuadripolo equivalente. Obtener cuadripolo equivalente en T. Obtener cuadripolo equivalente en PI. Asociar Cuadripolos en paralelo-serie, en serie-paralelo y en cascada. Interpretar las pérdidas introducidas por los Cuadripolos. Interpretar físicamente los resultados. Sistema de conocimientos. Generalidades. Definición de cuadripolo. Ecuaciones del cuadripolo. Ecuación de los parámetros Z. Ecuación de los parámetros Y. Ecuación de los parámetros H. Relación entre los distintos coeficientes. Ejercicios. El cuadripolo como transformador de impedancia. Impedancia de entrada y de salida. Impedancias de cortocircuito y de circuito abierto. Relación entre las impedancias de cortocircuito y de circuito abierto, Ejercicios. Impedancias imagen. Ejercicios. Impedancias iterativas. Ejemplos. Impedancias imágenes conjugadas. Ejemplos. Cuadripolo equivalente. Cuadripolo equivalente en T. Cuadripolo equivalente en PI. Conexión en paralelo-serie, en serie-paralelo y en cascada. Ejercicios. Pérdidas introducidas por los cuadripolos. Conceptos pérdidas de transmisión y pérdidas de inserción. Uso del simulador Electronics Work Bench como alternativa para realizar el estudio del comportamiento de los circuitos eléctricos. UNIDAD 10: Atenuadores. Objetivos: Interpretar el atenuador como un cuadripolo que funciona independientemente de la frecuencia 14

16 Comprobar que los atenuadores tienen la función de introducir pérdidas sin distorsionar la señal. Sistema de conocimientos: Condiciones de operación nominales y no nominales. Clasificación de los atenuadores en asimétricos y simétricos. El atenuador de pérdida mínima. Dar la metodología de trabajo para su diseño. Uso de los tablas. El atenuador variable o por pasos. La consola mezcladora. Sistema de habilidades: Diseñar los atenuadores asimétricos y simétricos de perdida mínima capaces de cumplir las siguientes funciones: Introducir pérdidas Evitar que las variaciones de la carga se reflejen en el suministro. Controlar niveles de potencia Adaptar impedancias. UNIDAD 11: Filtros eléctricos Objetivos: Interpretar los filtros como los cuadripolos capaces de transmitir un contenido de frecuencia rechazando el resto. Definir las características de los filtros reactivos. Diseñar los cuatro tipos de filtro reactivo analizando las propiedades de la función reactancia. Sistema de conocimientos: Interpretar las propiedades de la función reactancia. Analizar el capacitor y el inductor como los parámetros fundamentales en la fabricación de filtros reactivos. Definir banda de paso, banda de atenuación y banda de corte. Diagrama en bloque de un filtro en escalera formada por secciones T o (pi). Definir los filtros K constante: pasa bajo, pasa alto, pasa banda, supresor banda. Hemisecciones de los filtros (m derivada). 15

17 Lograr el diseño del filtro compuesto. Analizar la tabla de filtro como herramienta de trabajo para su diseño. Sistema de habilidades: Definir el concepto de filtro eléctrico. Identificar las cuatro formas de función reactancia. Clasificar los cuatro tipos de filtros básicos. Definir filtro de escalera a través de su diagrama en bloque. Diseñar los filtros K constante: pasa bajo, pasa alto, pasa banda, supresor banda. Diseñar las Hemisecciones de los filtros: pasa bajo, pasa alto, pasa banda, supresor banda. Diseñar el filtro compuesto y destacar las ventajas del mismo sobre el filtro k constante. Ejercicios de generalización sobre filtro reactivos. Definir los filtros activos con el uso de amplificadores. Características de frecuencias. Ventajas de los filtros con amplificadores operacionales. Filtros a cristal. Características eléctricas del cristal de cuarzo. Circuito equivalente. Funcionamiento del filtro a cristal. Ventajas y aplicaciones. UNIDAD 12: Ecualizadores Objetivos: Interpretar los ecualizadores a través de su diagrama en bloque y sus funciones. Sistema de conocimientos: Concepto de ecualizador. Definir ecualizador de amplitud. Ejemplos prácticos. Definir el ecualizador de fase. Definición. Ejemplos prácticos. Sistema de habilidades: Interpretar la importancia del ecualizador en los sistemas de audio. 16

18 V. INDICACIONES METODOLÓGICAS: En la unidad 2 Fundamentos básicos de los Circuitos Eléctricos, se estudian los conceptos fundamentales de la teoría de los Circuitos Eléctricos, las propiedades de los elementos ideales y las Leyes de Kirchhoff; se introducen los conceptos de Dualidad, de estados estables y transitorios y de variable de estado. El estudio de los elementos del circuito debe realizarse a partir de sus relaciones energéticas y de su comportamiento. Al abordar las Leyes de Kirchhoff se deberá tener en cuenta su aplicación a mallas virtuales, es decir en mallas en las que falta una rama por cerrar. La orientación del contenido debe realizarse en forma general, sin destacar la forma de la onda y cuando se haga será en circuitos resistivos puros energizados con corriente directa; este criterio debe mantenerse en la selección de los problemas, en los que se abordarán de manera prioritaria la aplicación de las leyes de Kirchhoff. Una parte importante de las horas prácticas será dedicada a la ejercitación en la solución de problemas manualmente y a la demostración y comprobación mediante el uso del programa simulador Electronic Work Bench en esta y las demás unidades. En la unidad 3 Métodos de resolución de circuitos lineales se exponen las propiedades, teoremas y métodos de análisis de los Circuitos Eléctricos, cuyo modelo matemático se corresponde con sistemas de ecuaciones algebraicas. Un aspecto al que se le debe dedicar especial atención es al desarrollo de la habilidad de seleccionar el método más adecuado para el análisis del circuito en dependencia de la configuración, datos e incógnitas de circuito. Entre los errores más frecuentes está la incorrecta identificación de la conexión entre los elementos del circuito, por lo tanto se debe prestar atención a los problemas que se resuelvan mediante transformaciones sucesivas. Es importante lograr, que los estudiantes dibujen los circuitos equivalentes de acuerdo con las transformaciones que se van realizando, lo que dará una solución más clara y comprensible. La universalidad de los métodos y teoremas estudiados en este tema lo califica como uno de los más importantes de la asignatura y básico para los restantes temas. En la unidad 4: Magnetismo e inducción electromagnética Es importante la vinculación del contenido con la práctica cotidiana industrial y por ello se insiste en la necesidad de determinar, teórica y experimentalmente, la ubicación de las marcas de polaridad en bobinas magnéticamente acopladas, así como interpretar físicamente su significado. Analizar el comportamiento del circuito con inductancias mutuas conectadas en serie, paralelo y combinadas, atendiendo al valor del coeficiente de acoplamiento y las posibilidades de ubicación de las marcas de polaridad, realizando reducciones del circuito, aplicando las leyes de Ohm y Kirchhoff interpretando físicamente los resultados obtenidos. Analizar la influencia que provoca en el circuito el cambio de conexión de bobinas acopladas electromagnéticamente, tanto en el plano teórico como práctico. 17

19 En la unidad 5 Análisis de circuitos de C.A. monofásicos, se realiza el estudio de los circuitos con almacenadores de energía alimentados con C.A. sinusoidal en régimen estable a parámetros concentrados. A partir de la relación reciproca entre las funciones sinusoidales y su representación fasorial se realiza el trabajo operacional con números complejos. La ejercitación se balanceará con problemas combinados como por ejemplo: Funciones sinusoidales y su representación fasorial. Aplicación de los diversos métodos estudiados al trabajo con amplitudes complejas. Textos empleando diversas expresiones de las fórmulas de potencia. Mejoramiento del factor de potencia. Otros problemas semejantes. Entre los errores más comunes en este tema tenemos la confusión que se produce al determinar la impedancia del circuito por no distinguir adecuadamente entre R, C, L, X, Z, B, G y Y, lo que se resolverá en la orientación de la clase. También se debe aclarar el desfasaje introducido entre corriente y tensión por capacitores e inductores aprovechando para ello el trazado adecuado de los diagramas fasoriales. Se debe aclarar cuidadosamente que la impedancia como magnitud compleja es un operador y no un fasor a diferencia de lo que ocurre con la tensión y la corriente, se precisará también la dependencia o independencia de Z, R, X L y X C, con la frecuencia. Se introducen convenientemente los conceptos de reactancia y caída de tensión por inducción mutua apreciándolos físicamente como expresión de la transferencia de energía entre partes del circuito que no tienen que estar necesariamente acopladas eléctricamente. Para ello es preciso una adecuada explicación del concepto de bornes homónimos y su localización mediante las marcas de polaridad, lo cual se puede ilustrar mostrando medios reales como transformadores de instrumentos marcados y otros. La vinculación de las marcas de polaridad con la tensión de inducción presenta un alto grado de complejidad en los estudiantes regularmente y por ello se recomienda hacer demostraciones prácticas en el aula y la utilización de los métodos teóricos y prácticos de determinación de las marcas más utilizadas. En la unidad 6 Circuitos Trifásicos, se recomienda iniciar haciendo referencia a la obra de la Revolución en el campo de la Electroenergética y en particular a la genialidad de Fidel en la Revolución Energética justificando la superioridad y más amplio uso de la corriente alterna trifásica sinusoidal sobre otras formas de producción, transmisión y utilización de la energía eléctrica. La producción de la energía trifásica, el circuito trifásico y su análisis deben inferirse a 18

20 partir de la combinación de tres circuitos monofásicos y utilizar en ellos los métodos generales de solución. Luego se debe lograr habilidad en la solución de los circuitos trifásicos empleando sus propiedades, lo que simplifica el trabajo tanto en los sistemas balanceados como en los desbalanceados. Los diagramas fasoriales de tensión y corriente por fase y trifásicos deben ser utilizados en la explicación de los circuitos trifásicos y la solución de los ejercicios. Se estudiarán las propiedades de los circuitos conectados en delta y en estrella con y sin neutros interconectados y la combinación de estos esquemas entre la generación y el consumidor. Se ampliarán los conceptos de potencia y factor de potencia aplicados en circuitos trifásicos balanceados y desbalanceados. Al resolver los ejercicios de circuitos trifásicos se aplicarán las leyes de Ohm y Kirchhoff así como los métodos generales conocidos, particularizando en el método de las tensiones de nodo propiciando que el estudiante aprenda a seleccionar el procedimiento idóneo para cada tipo de circuito. En la unidad 7 Ondas no sinusoidales, se abordará el estudio de redes monofásicas y trifásicas alimentadas por ondas periódicas no sinusoidales. Se introducirá el tema con la importancia que el mismo representa para el desarrollo de otras disciplinas. El cálculo de tensiones, intensidades de corriente y potencia activa constituirán el núcleo fundamental de los objetivos de las clases de ejercitación, analizando el comportamiento de circuitos monofásicos y trifásicos, teniendo en cuenta en estos últimos el comportamiento de la red para los diferentes armónicos en que se descompone la señal no sinusoidal. Se insistirá además en la determinación de los factores de forma, pico y distorsión, señalando las características para las ondas más comúnmente empleadas en distintas ramas de aplicación. En la unidad 8 Análisis del régimen transitorio de los circuitos con capacitores e inductores se realizará el análisis de los procesos transitorios que tienen lugar en redes con elementos almacenadores alimentados con señales de corriente directa u ondas periódicas sinusoidales. El análisis de redes R L y R C ante los estímulos anteriormente señalados representa el núcleo fundamental de los contenidos de la actividad práctica del tema dado por el cálculo de las respuestas libre y forzada de las redes estudiadas ante los estímulos de CD y CA, teniendo en cuenta las condiciones de continuidad de cada red, su configuración y realizando la interpretación física de los procesos que tienen lugar en los elementos almacenadores a partir de los gráficos representativos de los sucesos que se señalan. El método a abordar para el análisis de los procesos transitorios que tienen lugar en las redes al ser efectuadas las distintas conmutaciones, será el método clásico. En la unidad 9 Se recomienda iniciar la unidad haciendo referencia al análisis de los 19

21 sistemas trifásicos y el concepto de dipolo para inferir en la definición de cuadripolo. Analizar las redes de cuatro terminales para lograr la máxima eficiencia en las transmisiones haciendo elución al programa energético de la revolución. Al analizar los parámetros de los cuadripolos hacer hincapiés en la aplicación de las leyes de ohm y de Kirchhoff para encontrar los parámetros. Profundizar en el calculo de las Zca y Zcc por su importancia en el análisis de las redes que trabajan sobre base imagen y Iterativa cuyo objetivo es lograr la máxima trasferencia de energía. El cuadripolo equivalente cuyo objetivo es simplificar las redes eléctricas. Analizar las asociaciones de cuadripolo para acentuar las bases para el problema de la realimentación en la asignatura de electrónica. En la unidad 10 Se recomienda utilizar el cuadripolo como el dispositivo capaz de introducir pérdidas necesarias en la transmisión de la señal para la protección de la etapa que continua. Las pérdidas pueden ser fijas o variables pero conocidas. Analizar el atenuador como un adaptador de impedancia fundamentalmente. Poner ejemplos prácticos. Diseñar atenuadores simétricos y asimétricos mediante el uso de la tabla. Dar la metodología de trabajo para comprobar si puede o no ser diseñado. En la unidad 11 : Se recomienda definir los filtros como los cuadripolos que trabajan en función de la frecuencia. Interpretar las propiedades de la función reactancia (Estudio del inductor y capacitor como dispositivo reactivo) Analizar los diferentes tipos de filtros de acuerdo a: Funciones, simbología. Banda de trasmisión y banda de atenuación. Diseñar los cuatros tipos de filtros K constante en las dos configuraciones T y II ( pi) Diseñar las Hemisecciones de todos los K constante Definir el filtro compuesto Dar a conocer las limitaciones del K constante y las ventajas de la M derivadas y sus Hemisecciones que elimina las limitaciones del K constante. Definir el filtro activo y compararlo con el filtro reactivo. Ventajas y desventajas. El filtro activo como amplificador operacional. Analizar el filtro a cristal. El cristal de cuarzo ventajas y desventajas. En la unidad 12: Destacar la importancia de los ecualizadores como las redes de cruce en la trasmisión del audio VI. SISTEMA DE. EVALUACION Se aplicará lo establecido en la Resolución Ministerial vigente sobre evaluación y en las indicaciones metodológicas de la Educación Técnica y Profesional. Esta asignatura se evalúa por el grupo No. 2. VII. SISTEMA DE MEDIOS 20

22 Se precisa contar con laboratorios de Circuitos Eléctricos equipados en correspondencia con las unidades de este programa y la matricula de la especialidad. Es importante asimismo disponer de aulas de computación con los Programas simuladores Electronic Work Bench (Versión 5.2) y Multisim (Versión 10) de la National Instruments instalados convenientemente en las PC. Deberá disponerse también de proyectores de vistas fijas, retroproyectores, videos y televisores VIII. BIBLIOGRAFÍA TEXTO? Fundamentos Teóricos de la Electrotecnia Evdokimov F.E. Editorial Mir Moscú. Literatura auxiliar? Fundamentos de Electrotecnia. Kuznetsov M. Otras bibliografía:? Folletos de atenuadores y filtros eléctricos? Audio Redes Tomo I y II Autor Roberto Gómez Santos 21