Grado en Ingeniería Marina

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1 Escuela Técnica Superior de Náutica Máquinas y Radioelectrónica Naval Grado en Ingeniería Marina GUÍA DOCENTE DE LA ASIGNATURA: MÁQUINAS E INSTALACIONES ELÉCTRICAS DEL BUQUE Curso Académico 2013/2014 Fecha: 20/05/13 1

2 1. Datos Descriptivos de la Asignatura Asignatura: Código: Centro: Escuela Técnica Superior de Náutica, Máquinas y Radioelectrónica Naval. - Titulación: GRADO EN INGENIERIA MARINA - Plan de Estudios: G028 - Rama de conocimiento: Arquitectura e Ingeniería - Departamento: Física Básica - Área de conocimiento: Ingeniería Eléctrica - Curso: 3º - Carácter: Formación Específica - Duración: Cuatrimestral - Créditos ECTS: 6 (4.5/1.5) - Horario: Lunes 11:30-12:30 PE3;Martes10:30-11:30 1T,11:30-12:30 1PA;Miércoles 11:30-12:30 PE1;Jueves 10:30-11:30 1PA, 11:30-12:30 PE2 - Dirección Web de la asignatura: - Idioma: Castellano 2. Requisitos Esenciales / Recomendables: Es recomendable que el alumnado tenga los conceptos básicos de circuitos eléctricos y electrónicos adquiridos en la asignatura Electrotecnia y Electrónica de 2º curso de grado. 3. Profesorado que imparte la asignatura Coordinación / Profesor: Salvador Gómez Soler - Grupo: Teoría / Práctica en aula / Prácticas específicas - Departamento: Física Básica - Área de conocimiento: Ingeniería Eléctrica - Centro: Escuela Técnica Superior de Náutica, Máquinas y Radioelectrónica Naval. - Lugar Tutoría: Despacho 13 en planta primera edificio departamental y Laboratorio de electrónica en planta segunda Escuela - Horario Tutoría: Lunes 12:30-13:30; Martes 11:30-13:30; Miércoles 12:30-13:30; Jueves 10:30-11:30 y 12:30-13:30 - Teléfono (despacho/tutoría): Correo electrónico: salgomez@ull.es - Dirección web: 4. Contextualización de la asignatura en el Plan de Estudios - Bloque Formativo al que pertenece la asignatura: Formación Específica - Perfil Profesional: La asignatura es fundamental dentro de la formación específica para el ejercicio de la profesión correspondiente en su especialidad de Ingeniería. 2

3 5. Competencias Competencias generales del Título desarrolladas en la asignatura [2] Aplicación de sus conocimientos a su trabajo o vocación de una forma profesional y adquirir las competencias que suelen demostrarse por medio de la elaboración y defensa de argumentos y la resolución de problemas dentro de su área de estudio. [3] Capacidad de reunir e interpretar datos relevantes (Normalmente dentro de su área de estudio) para emitir juicios que incluyan una reflexión sobre temas relevantes de índole social, científica técnica o ética. [5] Desarrollo de aquellas habilidades de aprendizaje necesarias para emprender estudios posteriores con un alto grado de autonomía. Competencias específicas del Título desarrolladas en la asignatura [2] Operación, mantenimiento y reparación de equipos propulsores y de gobierno del buque. [5] Producción, distribución y control de generación de energía eléctrica del buque y sus servicios auxiliares. [8] Optimización de los sistemas de producción energética de máquinas térmicas y auxiliares del buque. [11] Conocimientos del desarrollo, aplicación, inspección y modificación de proyectos en construcción naval. 6. Contenidos de la asignatura Módulo I. 1ª Parte TEMA I: SISTEMAS DE POTENCIA ELÉCTRICA. INTRODUCCIÓN. GENERACIÓN DE VOLTAJES Y CORRIENTES. FUENTES DE VOLTAJE TRIFÁSICAS. CONEXIÓN EN ESTRELLA. RELACIÓN DE TENSIONES Y CORRIENTES EN ESTRELLA EQUILIBRADA. CONEXIÓN EN TRIÁNGULO. RELACIÓN DE TENSIONES Y CORRIENTES EN TRIÁNGULO EQUILIBRADA. POTENCIA EN CORRIENTE ALTERNA MONOFÁSICA Y TRIFÁSICA EQUILIBRADA. CORRECCIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA. CONVERSIÓN TRIÁNGULO-ESTRELLA. Al finalizar este tema, el alumno habrá adquirido el conocimiento y la soltura necesarios, en el manejo de la herramienta matemática y física más utilizada en el análisis de circuitos trifásicos, para utilizarla posteriormente. TEMA II: BASES FÍSICAS DE LA ELECTROMECÁNICA. INTRODUCCIÓN. EL CAMPO MAGNÉTICO. PRODUCCIÓN DE CAMPO MAGNÉTICO. CIRCUITOS MAGNÉTICOS. EFECTOS MAGNÉTICOS EN LA MATERIA. FERROMAGNETISMO. DENSIDAD DE FLUJO MAGNÉTICO. PROPIEDADES MAGNÉTICAS DEL HIERRO. LEY DE FARADAY. VOLTAJE INDUCIDO POR CAMPO MAGNÉTICO VARIABLE. LEY DE BIOT Y SAVART (LEY DE LAPLACE). PRODUCCIÓN DE FUERZA INDUCIDA EN ALAMBRE. VOLTAJE INDUCIDO EN CONDUCTOR EN MOVIMIENTO EN CAMPO MAGNÉTICO. CONVERSIÓN DE ENERGÍA ELECTROMECÁNICA. MÁQUINA LINEAL DE C.C. PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE ENERGÍA. PAR ELECTROMAGNÉTICO. COENERGÍA. RELÉS. CONTACTORES. AUTOMATISMOS ELÉCTRICOS. Este tema pretende el estudio de los fenómenos, que aparecen durante la exposición de un material a un campo magnético para posteriormente realizar el estudio de diversos materiales y mecanismos que lo utilizan. TEMA III: TRANSFORMADORES. INTRODUCCIÓN. PRINCIPALES ASPECTOS CONSTRUCTIVOS: a) NÚCLEO: CIRCUITO MAGNÉTICO. B) DEVANADOS: CIRCUITO ELÉCTRICO. c) SISTEMA REFRIGERACIÓN. d) AISLADORES PASANTES Y OTROS ELEMENTOS. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL TRANSFORMADOR IDEAL. FUNCIONAMIENTO DEL TRANSFORMADOR REAL. CIRCUITO EQUIVALENTE DEL TRANSFORMADOR. ENSAYOS DEL TRANSFORMADOR: ENSAYO DE VACÍO. ENSAYO DE CORTOCIRCUITO. CAÍDA DE TENSIÓN EN TRANSFORMADOR. PÉRDIDAS Y RENDIMIENTO DEL TRANSFORMADOR. CORRIENTE DE EXCITACIÓN O DE VACÍO DEL TRAFO: ARMÓNICOS DE LA CORRIENTE DE VACÍO. TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS. ARMÓNICOS DE LAS CORRIENTES DE EXCITACIÓN DE TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS. AUTOTRANSFORMADORES. TRANSFORMADORES DE MEDIDA. Este tema tiene como objetivo el estudio de los transformadores, para posteriormente realizar el análisis de las variables de los circuitos que los utilizan. 3

4 Módulo I. 2ª Parte TEMA IV: MOTOR ASÍNCRONO. INTRODUCCIÓN. MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS. F.M.M. PRODUCIDA POR DEVANADO TRIFÁSICO. CAMPO GIRATORIO. TEOREMA DE FERRARIS. RELACIÓN ENTRE CAMPO PULSANTE Y CAMPO GIRATORIO. TEOREMA DE LEBLANC. ASPECTOS CONSTRUCTIVOS DE MÁQUINAS SÍNCRONAS. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO. CIRCUITO EQUIVALENTE DEL MOTOR ASÍNCRONO. ENSAYOS DEL MOTOR ASÍNCRONO: ENSAYO DE VACÍO O ROTOR LIBRE. ENSAYO DE CORTOCIRCUITO O ROTOR BLOQUEADO. BALANCE DE POTENCIAS. PAR DE ROTACIÓN. ARRANQUE DE MOTORES EN JAULA DE ARDILLA. ARRANQUE DE MOTORES DE ROTOR BOBINADO. MOTORES DE DOBLE JAULA DE ARDILLA. REGULACIÓN DE VELOCIDAD. MOTOR DE INDUCCIÓN MONOFÁSICO. ARRANQUE DE MOTORES DE INDUCCIÓN MONOFÁSICOS. Este tema pretende que el alumno se familiarice, con el comportamiento de los diferentes tipos de motores asíncronos y sus aplicaciones más importantes. TEMA V: MÁQUINAS SÍNCRONAS. INTRODUCCIÓN. ASPECTOS CONSTRUCTIVOS. SISTEMAS DE EXCITACIÓN. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL ALTERNADOR. ACOPLAMIENTO DEL ALTERNADOR A LA RED. MOTOR SÍNCRONO. ARRANQUE DE MOTORES SÍNCRONOS. DIAGRAMA FASORIAL. EFECTO DE LA VARIACIÓN DE LA EXCITACIÓN DEL MOTOR SÍNCRONO Y CONDENSADOR SÍNCRONO. En este tema, el alumno adquiere los conocimientos necesarios respecto al funcionamiento y características de las máquinas síncronas, para posteriormente realizar el estudio de las condiciones óptimas de trabajo. TEMA VI: MÁQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA. INTRODUCCIÓN. ASPECTOS CONSTRUCTIVOS. FUNCIONAMIENTO DEL COLECTOR. REACCIÓN DEL INDUCIDO. EXCITACIÓN EN MÁQUINAS C.C. MOTOR UNIVERSAL (MOTOR DE C.A. DE COLECTOR). Al finalizar este tema, el alumno habrá adquirido soltura en el estudio de las máquinas de corriente continua, para posteriormente analizar sus aplicaciones más relevantes. TEMA VII: GENERACIÓN Y DISTRIBUCIÓN ELÉCTRICA A BORDO DE LOS BUQUES. INTRODUCCIÓN. CONCEPTO DE PLANTA ELÉCTRICA DEL BUQUE. CARACTERÍSTICAS. TIPOLOGÍA. PLANTA DE ENERGÍA ELÉCTRICA PRINCIPAL. PLANTA DE EMERGENCIA. FUENTE TRANSITORIA. SITUACIÓN A BORDO. CLASIFICACIÓN DE CONSUMIDORES A BORDO. DIMENSIONAMIENTO DE LA PLANTA ELÉCTRICA DEL BUQUE. BALANCE ELÉCTRICO. TOMAS DE CORRIENTE EXTERNA. DISTRIBUCIÓN ELÉCTRICA A BORDO. INTRODUCCIÓN. POTENCIAS, TENSIONES Y FRECUENCIAS UTILIZADAS. SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN A BORDO. CUADROS ELÉCTRICOS: CUADRO PRINCIPAL. CUADRO DE EMERGENCIA. CUADRO DE DISTRIBUCIÓN. CUADROS TERMINALES. CABLES ELÉCTRICOS. INSTALACIONES DE ALUMBRADO Y SERVICIOS AUXILIARES EN BUQUES. INSTALACIONES DE FUERZA EN BUQUES. MANTENIMIENTO. Este tema pretende, que el alumno tenga la capacidad de analizar las características más importantes de las instalaciones eléctricas y su ubicación a bordo de los buques, para la obtención del máximo rendimiento en la supervisión y el mantenimiento. Módulo II PRÁCTICA I: ENCENDIDO DE LÁMPARA FLUORESCENTE. MEDIDA DEL FACTOR DE POTENCIA Y SU CORRECCIÓN. MEDICIÓN CON VATÍMETRO DE POTENCIAS ACTIVA, REACTIVA Y APARENTE, CORRIENTE Y FACTOR DE POTENCIA. CORRECCIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA. Esta práctica pretende, que el alumno se familiarice con las mediciones con vatímetro para la obtención del factor de potencia y su corrección. PRÁCTICA II: AUTOMATISMOS ELÉCTRICOS: ARRANQUE DIRECTO DE UN MOTOR ASÍNCRONO TRIFÁSICO DE JAULA DE ARDILLA EN CONEXIÓN Y-Δ POR MEDIO DE PULSADORES Y TEMPORIZADOR. CONEXIONADO DE PULSADORES Y CONTACTORES DEL CIRCUITO DE CONTROL Y CIRCUITO DE POTENCIA. DISPARO DEL RELÉ TÉRMICO DE PROTECCIÓN. COMPROBACIÓN DE PILOTOS DE SEÑALIZACIÓN. MEDICIÓN CON VATÍMETRO DE LAS POTENCIAS, CORRIENTES Y FACTOR DE POTENCIA EN AMBOS TIPOS DE CONEXIONADO. UTILIZACIÓN DE PINZA AMPERIMÉTRICA. Esta práctica tiene la finalidad de capacitar al alumno, en el conexionado de automatismos para obtener la función de control deseada. PRÁCTICA III: EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO: PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO Y ENSAYOS. ENSAYO DE VACÍO. PÉRDIDAS EN EL HIERRO. MEDICIONES Y CÁLCULO DE VARIABLES. ENSAYO DE CORTOCIRCUITO. PÉRDIDAS EN EL COBRE. MEDICIONES Y CÁLCULO DE VARIABLES. CIRCUITO EQUIVALENTE. En esta práctica, se pretende que el alumno tenga experiencia en el manejo de aparatos de medida que le permitan obtener los valores de las variables deseadas, y se adquiera la soltura necesaria en el manejo del instrumental PRÁCTICA IV: MOTORES ASÍNCRONOS, SÍNCRONOS Y DE CORRIENTE CONTINUA. ARRANQUE DEL MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA MEDIANTE FUENTE DE TENSIÓN VARIABLE. MEDICIÓN DE VARIACIÓN DE VELOCIDAD EN TACÓMETRO EN FUNCIÓN DE LA TENSIÓN APLICADA. VARIACIÓN DE VELOCIDAD MEDIANTE REÓSTATO. VARIACIÓN DE SENTIDO DE GIRO. DIFERENCIAS ENTRE ALIMENTACIÓN DIRECTA DEL ROTOR Y BOBINADO AUXILIAR. ACOPLAMIENTO DE MOTORES CORRIENTE CONTINUA Y SÍNCRONO PARA OBTENCIÓN DE TENSIÓN DE SALIDA TRIFÁSICA. MEDICIÓN MEDIANTE VATÍMETRO DE POTENCIAS, CORRIENTES Y FACTOR DE POTENCIA EN CONEXIONES ESTRELLA Y TRIÁNGULO. CONEXIONADO DE CARGAS EN LA SALIDA Y COMPROBACIÓN DE REDUCCIÓN DEL RÉGIMEN MOTOR. MEDICIONES DE TENSIÓN DE SALIDA Y CÁLCULO DE REGULACIÓN DE TENSIÓN MOTOR. En esta práctica, se adquiere la capacidad necesaria para realizar una serie de interconexiones entre distintos tipos de motores para realizar la medición de una serie de variables necesarias para la función prevista. PRÁCTICA V: ENSAYOS DEL MOTOR ASÍNCRONO. MEDICIÓN DE POTENCIAS, TENSIONES Y CORRIENTES MEDIANTE VATÍMETRO EN ENSAYO DE VACÍO O ROTOR LIBRE Y ENSAYO DE CORTOCIRCUITO O ROTOR BLOQUEADO. CÁLCULO DEL CIRCUITO EQUIVALENTE. Esta práctica permite, mediante una serie de mediciones, la obtención de los parámetros del circuito equivalente del motor. PRÁCTICA VI: ADAPTACIÓN DE MOTOR ASÍNCRONO TRIFÁSICO PARA FUNCIONAMIENTO COMO MONOFÁSICO MEDIANTE CONDENSADOR. CÁLCULO DE LA CAPACIDAD NECESARIA Y LA TENSIÓN MÍNIMA DEL CONDENSADOR. CONEXIONADO DEL MOTOR ASÍNCRONO TRIFÁSICO EN CONEXIÓN TRIÁNGULO MONOFÁSICO MEDIANTE EL GUARDAMOTOR CON EL CONDENSADOR CONECTADO. VARIAR SENTIDO DE GIRO DEL MOTOR AL CAMBIAR DE LUGAR EL CONDENSADOR. MEDICIÓN DE POTENCIA ACTIVA Y DESFASE CON Y SIN CONDENSADOR. BLOQUEAR EL ROTOR (SIN CONDENSADOR) Y COMPROBAR DISPARO DE RELÉ TÉRMICO GUARDAMOTOR. Esta práctica capacita al alumno, mediante las conexiones y medidas adecuadas, la resolución de problemas de funcionamiento de motores debida a la aparición de ciertas averías. 4

5 7. Metodología y Volumen de trabajo del estudiante Actividades formativas en créditos ECTS, su metodología de enseñanza-aprendizaje y su relación con las competencias que debe adquirir el estudiante Actividades formativas Horas presenciales Horas de trabajo autónomo Total Horas Relación con competencias Clases teóricas 19 B [2][3][5], E [2][5][8][11] Clases prácticas (aula / sala de demostraciones / prácticas laboratorio) Realización de seminarios u otras actividades complementarias B [2][3][5], E [2][5][8][11] B [2][3][5], E [2][5][8][11] Realización de trabajos (individual/grupal) 20 B [2][3][5], E [2][5][8][11] Estudio/preparación clases teóricas 30 B [2][3][5], E [2][5][8][11] Estudio/preparación clases prácticas 27 B [2][3][5], E [2][5][8][11] Preparación de exámenes 13 B [2][3][5], E [2][5][8][11] Realización de exámenes 2 B [2][3][5], E [2][5][8][11] Asistencia a tutorías 10 B [2][3][5], E [2][5][8][11] Otras Total horas Total ECTS 6 8. Bibliografía / Recursos Bibliografía Básica Jesús Fraile Mora Máquinas eléctricas Mc Graw Hill ( FRA máq) Francisco Javier Martín Pérez y Javier Martín Juan Apuntes de electricidad aplicada a los buques Ed. Club Universitario (629.5 MAR apu) Manuel Figueras Electricidad del barco Ed. Tutor a Bordo (797 FIG ele) Enrique Casanova Rivas Máquinas para la propulsión de buques Edición Universidad Da Coruña, servicio de publicaciones. Roberto Faure Benito Máquinas y Accionamientos eléctricos Fondo editorial de Ingeniería Naval, Colegio Oficial de Ingenieros Navales y Oceánicos. J. R. Cogdell Fundamentos de máquinas eléctricas Prentice Hall. Stephen J. Chapman Máquinas eléctricas Mc Graw Hill. José Roldán Viloria Motores eléctricos. Automatismos de control Thomson Paraninfo 5

6 9. Sistema de Evaluación y Calificación Sobre la base de la media de alumnos en la asignatura de Máquinas e Instalaciones Eléctricas del Buque, se puede valorar el aprovechamiento de la asignatura, siguiendo el rendimiento del alumno a lo largo del curso. Por este motivo, para una asignatura como ésta, se propone la evaluación continua a lo largo del curso dividida en tres apartados, en los que cada uno de los mismos tiene su respectivo porcentaje de valoración al final del curso. Estos apartados con sus respectivos porcentajes sobre el 100% de la asignatura son: - 60% de adquisición de conocimientos teóricos, demostrados a través de ejercicios teóricos. - 30% de adquisición de conocimientos prácticos, demostrados por parte de los alumnos, a través de ejercicios prácticos realizados en el laboratorio, así como la entrega de una memoria que contenga todas las medidas realizadas. - 10% de resolución de trabajos prácticos. - Las calificaciones alcanzadas serán válidas para todas las convocatorias del curso académico. - El alumno dispondrá de un plazo dentro del horario académico, señalado por el profesor, para terminar y entregar la memoria de las prácticas de laboratorio realizadas. - Se puntuará de 0 a 10 con un decimal si es necesario, considerándose aprobada la asignatura con un 5,0. - En general, para conseguir el aprobado, las prácticas de laboratorio deberán estar perfectamente terminadas y con suficiente claridad, orden y limpieza, sin errores ni partes sin resolver. Para obtener nota superior al 5,0 se aplicarán criterios como la buena presentación, limpieza, buena disposición y precisión en la descripción del trabajo en general. Recomendaciones Debe ser valorada positivamente en la nota final, la asistencia a clases teóricas y las prácticas de obligatoria realización presencial como actitud del alumno frente a la asignatura. Estrategia Evaluativa TIPO DE PRUEBA COMPETENCIAS CRITERIOS PONDERACIÓN Pruebas de respuesta corta Básicas [2] [3] [11] Específicas [2] [5] [8] [11] Dominio de conocimientos teóricos y respuestas a cuestiones 20% Pruebas de desarrollo Básicas [2] [3] [11] Específicas [2] [5] [8] [11] Dominio de conocimientos teóricos y su aplicación en problemas y cuestiones 45% Problemas 20% Teoría Informes memorias de prácticas Básicas [2] [3] [11] Específicas [2] [5] [8] [11] Valoración de la discusión crítica de los resultados obtenidos y conclusiones así como la presentación 15% 10. Resultados de aprendizaje Conocimiento y aplicación a la operación, mantenimiento y reparación de máquinas e instalaciones eléctricas a bordo de los buques 6

7 11. Cronograma/Calendario de la asignatura 2 r Cuatrimestre SEMANA Temas Actividades de enseñanza aprendizaje Horas de trabajo presencial Horas de trabajo autónomo Total Semana 1: T1- Sistemas Potencia Eléctrica Presentación y normativa de la asignatura. Clases teoría. Ejercicios de aplicación Semana 2: T1- Sistemas Potencia Eléctrica Clases teoría. Ejercicios de aplicación Semana 3: Semana 4: Semana 5: T1- Sistemas Potencia Eléctrica Clases teoría. Ejercicios de aplicación. Práctica T2- Bases Físicas Electromecánica Clases teoría. Ejercicios de aplicación T2- Bases Físicas Electromecánica Clases teoría. Ejercicios de aplicación Semana 6: T3- Transformadores Clases teoría. Ejercicios de aplicación Semana 7: T3- Transformadores Clases teoría. Ejercicios de aplicación Semana 8: T3- Transformadores Clases teoría. Ejercicios de aplicación. Práctica 2 Preparación de examen parcial Semana 9: T4- Motor Asíncrono Clases teoría. Ejercicios de aplicación Semana 10: T4- Motor Asíncrono Clases teoría. Ejercicios de aplicación Semana 11: T4- Motor Asíncrono Clases teoría. Ejercicios de aplicación. Práctica Semana 12: Semana 13: Semana 14: T5. Máquinas Síncronas T5. Máquinas Síncronas T6- Máquinas de Corriente Continua Clases teoría. Ejercicios de aplicación. Práctica Clases teoría. Ejercicios de aplicación. Práctica Clases teoría. Ejercicios de aplicación. Práctica Semana 15: T7- Generación y Distribución Eléctrica a Bordo de Buques Clases teoría. Ejercicios de aplicación. Preparación de examen parcial Semana 16-18: Preparación de examen final y convocatorias. 7