Carrera : Ingeniería Electromecánica SATCA

Transcripción

1 1.- DATOS DE LA ASIGNATURA Nmbre de la asignatura : Análisis de Circuits Eléctrics de CD Carrera : Ingeniería Electrmecánica Clave de la asignatura : EMF-1004 SATCA PRESENTACIÓN Caracterización de la asignatura. Para estudi del análisis de ls circuits eléctrics excitads cn señales cnstantes (crriente directa), en esta asignatura se cnsidera el cmprtamient en estad estacinari cuand sl están presentes señales de excitación sin variación en el tiemp. Se enuncian las leyes, teremas y fundaments de circuits en crriente directa para explicar las cndicines perativas ante este tip de señales. Además, se presenta una intrducción cmplementaria a ls principis de ptencia y cnservación de la energía en ls circuits eléctrics que servirán de platafrma para cmprender las siguientes asignaturas que permitirán que el estudiante analice cn mayr prfundidad ls dispsitivs eléctrics que cmpnen un circuit sistema eléctric. También plantea la slución del prblema de encntrar el cmprtamient a sistemas de primer y segund rden que prvienen de las señales de CD al aplicarse a elements que cnservan cantidades finitas de energía y que en cnsecuencia prducen respuestas transitrias que al pas del tiemp se estabilizan. Pr tra parte, el us de sftware especializad representa una alternativa imprtante para el entendimient y cmprensión de nuevs cncepts en ls análisis mencinads, y que además, servirán cm un primer acercamient al mdelad de sistemas físics y a la implementación de algritms de slución para btener su respuesta ante diferentes señales de excitación. Esta asignatura es la base para el estudi y/ diseñ de ls circuits eléctrics y sistemas eléctrics, ya que desarrlla la capacidad de análisis e interpretación de su cmprtamient cuand se excita cn señales invariantes en el tiemp. Cn la intrducción de cncepts básics, tales cm ptencia instantánea, ptencia prmedi, etc., se relacinará la materia cn ls fenómens presentes en cualquier sistema que utilice energía eléctrica. Est inducirá a que el alumn identifique la aplicación de un adecuad y prtun análisis de circuits eléctrics en la vida ctidiana. Las bases teóricas que aprta esta materia permitirán que se abrden nuevas asignaturas, tales cm, Análisis de Circuits Eléctrics en CA, Máquinas Eléctricas, Instalacines Eléctricas, Diseñ asistid pr Cmputadra, Sistemas Eléctrics de Ptencia, Cntrles Eléctrics, Subestacines Eléctricas, Ahrr de Energía. 1 Sistema de Asignación y Transferencia de Crédits Académics

2 Intención didáctica. La asignatura se divide en cuatr unidades que intrducirán al alumn de manera prgresiva al análisis de circuits y a ls fenómens presentes ante señales de excitación de CD. La primera unidad cmprende: la definición cncepts elementales de electricidad y su manej matemátic e ingenieril, así cm la representación de ls elements que intervienen en ls circuits eléctrics. Además, se abrda el cmprtamient, definición y prpiedades de elements pasivs tales cm la resistencia, el capacitr y el inductr en cuant a su relación vltaje crriente, así cm ls diferentes tips de fuentes de energía. Es imprtante en esta etapa inicial que el prfesr relacine ests cncepts cn las leyes básicas del electrmagnetism, para enfatizar su imprtancia. En la segunda unidad se abrda la reducción de circuits y ls teremas de redes, en ls cuales el prfesr debe fmentar que el alumn utilice sftware para cmprbar ls teremas, cn l cuál cmenzará a desarrllar la capacidad de análisis y síntesis. La tercera y cuarta unidad se intrducen ls cncepts que rigen del cmprtamient de ls elements de un circuit que almacenan cantidades finitas de energía y se estudian las respuestas transitrias ante ese tip de excitacines. El prfesr debe hacer especial mención en el enfque de ests principis para ls prcess más relevantes que invlucren la transfrmación de la energía eléctrica y su aplicación, fmentand que el alumn identifique pr si sól su aplicabilidad practica y mtive a la utilización de ls cncimients adquirids en la slución de prblemas sencills. En la etapa final del curs el alumn ya tendrá un ampli panrama dnde intervienen ls elements fundamentales y sus aplicacines en circuits de crriente directa. Se debe inducir y mtivar a que el alumn identifique sus aplicacines y entienda la relevancia de ests análisis. Es fundamental señalar que en las unidades antes descritas el prfesr deberá enfatizar en la aplicación teóric-practica de la materia cn la realización de prácticas de labratri, pr medi de las cuales el alumn reafirmará ls cncimients adquirids, cmprband resultads y diseñand sus prpis circuits. Simultáneamente cmenzará a utilizar equips de medición (tales cm el scilscpi, el multímetr, el generadr de señales, etc.) adquiriend experiencia perativa que le será de utilidad en tras asignaturas.

3 En las actividades de aprendizaje sugeridas, se prpne la frmalización de ls cncepts a partir de demstracines matemáticas cncretas; se presenta el cncept general y se fmenta que el alumn resuelva pr si mism prblemas sugerids, siend el prfesr n sl un guía ya que ayudará a que se btenga la respuesta adecuada y que le riente el camin crrect en la slución. El alumn debe cmprender claramente ls principis y cncepts, y en base a las cncimients básics, sea capaz de deducir las frmulas necesarias y descubrir ls camins hacia su slución.

4 3.- COMPETENCIAS A DESARROLLAR Cmpetencias específicas: Cmpetencias genéricas: Analizar y reslver circuits Electics excitads cn crriente Cmpetencias instrumentales directa en estad estable y Capacidad de análisis y síntesis transitri, aplicand métds Capacidad de rganizar y planificar matemátics sistemáticamente para Cncimients básics de la carrera entender el funcinamient de Leer en una segunda lengua sistemas electrmecánics. Manejar de sftware cmputacinal Habilidades de gestión de Utilizar prgramas cmputacinales especializads para el análisis y slución de circuits eléctrics. infrmación(habilidad para buscar y analizar infrmación prveniente de fuentes diversas) Slucinar prblemas Tmar decisines. Cmpetencias interpersnales Desarrllar la capacidad crítica y autcrítica Realizar trabaj en equip Desarrllar habilidades interpersnales Adquirir el cmprmis étic Cmpetencias sistémicas Capacidad de aplicar ls cncimients en la práctica Habilidades de investigación Capacidad de aprender Capacidad de adaptarse a nuevas situacines Capacidad de generar nuevas ideas (creatividad) Búsqueda del lgr

5 4.- HISTORIA DEL PROGRAMA Lugar y fecha de elabración revisión Institut Tecnlógic Superir de Irapuat del 24 al 28 de agst de Desarrll de Prgramas en Cmpetencias Prfesinales pr ls Instituts Tecnlógics del 1 de septiembre al 15 de diciembre de Institut Tecnlógic de Mexicali del 25 al 29 de ener del Participantes Representantes de ls Instituts Tecnlógics de: Apizac, Centla, Ciudad Jiménez, Ciudad Juárez, Delicias, Huichapan, Irapuat, Jctitlán, La Sierra Nrte de Puebla, Lags de Mren, Lázar Cárdenas, Lerd, Libres, Linares, Ls Mchis, Minatitlán, Occidente del Estad de Hidalg, Octlán, Oriente del Estad de Hidalg, Parral, Puert Vallarta, Tamazula De Grdian, Tijuana, Tlalnepantla, Tlaxc, Tluca, Tuxtepec, Xalapa y Zacatecas. Academias de Ingeniería Electrmecánica de ls Instituts Tecnlógics de: Zacatecas Representantes de ls Instituts Tecnlógics de: Apizac, Centla, Ciudad Jiménez, Ciudad Juárez, Huichapan, Irapuat, Jctitlán, La Sierra Nrte de Puebla, Lags de Mren, Lázar Cárdenas, Lerd, Libres, Ls Mchis, Mexicali, Minatitlán, Occidente del Estad de Hidalg, Octlán, Oriente del Estad de Hidalg, Parral, Puert Vallarta, Tamazula de Grdian, Tlaxc, Tluca, Tuxtepec, Xalapa y Zacatecas. Event Reunión Nacinal de Diseñ e Innvación Curricular para el Desarrll y Frmación de Cmpetencias Prfesinales de la Carrera de Ingeniería Electrmecánica. Elabración del prgrama de estudi prpuest en la Reunión Nacinal de Diseñ Curricular de la Carrera de Ingeniería Electrmecánica. Reunión Nacinal de Cnslidación de ls Prgramas en Cmpetencias Prfesinales de la Carrera de Ingeniería Electrmecánica.

6 5.- OBJETIVO GENERAL DEL CURSO Analizar y reslver circuits Electics excitads cn crriente directa en estad estable y transitri, aplicand métds matemátics sistemáticamente para entender el funcinamient de sistemas electrmecánics. Utilizar prgramas cmputacinales especializads para el análisis y slución de circuits eléctrics. 6.- COMPETENCIAS PREVIAS Cncer leyes básicas de la electricidad Leer e interpretar simblgía eléctrica básica Cncer el reglament de seguridad en el manej de la electricidad Manej matemátic de calcul integr -diferencial Realizar peracines matriciales Slucinar sistemas de ecuacines algebraicas lineales Plantear ecuacines diferenciales rdinarias lineales Expresar matemáticamente señales periódicas y n periódicas Slucinar matemáticamente ecuacines diferenciales rdinarias lineales 7.- TEMARIO Unidad Temas Subtemas 1 Circuits de crriente directa 1.1 Carga, crriente, tensión, ptencia 1.2 Balance de ptencia y energía 1.3 Cncepts y relacines fundamentales de: resistencia, capacitancia e inductancia 1.4 Leyes fundamentales 1.5 Divisr de crriente y tensión 1.6 Fuentes dependientes e independientes 1.7 Reduccines de elements circuits 1.8 Transfrmación de fuentes 1.9 Análisis de mallas 1.10 Análisis de nds 2 Análisis de circuits pr teremas 2.1 Reducción de circuits serie-paralel 2.2 Reducción delta-estrella 2.3 Análisis tplógic de mallas y nds 2.4 Terema de superpsición 2.5 Terema de Thevenin y Nrtn 2.6 Terema de superpsición

7 2.7 Terema de máxima transferencia de ptencia 2.8 Aplicación de sftware para el análisis y slución de circuits 3 Análisis de transitris de primer rden (circuits RC y RL) 4 Análisis transitris de segund rden (circuits RLC) 3.1 Intrducción a redes de ds puerts 3.2 Evaluación de las cndicines iniciales en ls elements del circuit 3.3 Función rampa 3.4 Función escalón 3.5 Función impuls unitari 3.6 Función expnencial 3.7 Respuesta Natural 3.8 Respuesta Frzada 3.9 Respuesta cmpleta 3.10 Características generales de las respuestas de primer rden 3.11 Graficación de las respuestas 3.12 Aplicación de sftware 4.1 Respuesta Natural 4.2 Respuesta Frzada 4.3 Respuesta Cmpleta 4.4 Características generales de las respuestas de segund rden 4.5 Representación gráfica de respuesta subamrtiguada 4.6 Representación gráfica de respuesta críticamente amrtiguada 4.7 Representación gráfica de respuesta sbreamrtiguada 4.8 Circuit LC sin perdidas 4.9 Aplicación de sftware.

8 8.- SUGERENCIAS DIDÁCTICAS El prfesr debe ser cncedr de la disciplina que está baj su respnsabilidad, cncer su rigen y desarrll históric para cnsiderar este cncimient al abrdar ls temas. Desarrllar la capacidad para crdinar y trabajar en equip; rientar el trabaj del estudiante y ptenciar en él la autnmía, el trabaj cperativ y la tma de decisines. Mstrar flexibilidad en el seguimient del prces frmativ y prpiciar la interacción entre ls estudiantes. Tmar en cuenta el cncimient de ls estudiantes cm punt de partida y cm bstácul para la cnstrucción de nuevs cncimients. Además, debe de prpiciar las siguientes actividades, Investigar en librs de text, artículs, Internet, etc. acerca de temas que serán vists en clase pr el maestr. Seleccinar de las diferentes fuentes cnsultadas ls cncepts más imprtantes, así cm buscar aplicacines científicas y/ tecnlógicas de ells. Sintetizar la infrmación recpilada en reprtes escrits cn ls cncepts fundamentales de ls temas. Discutir en clase y reprte de deduccines teóricas de leyes y teremas. Realizar presentacines acerca del desarrll de temas frente a grup, prpiciand la discusión de ls diferentes punts de vista bservads y enfques dads a un mism trabaj de investigación estudi. Desarrll de prácticas en equip y mtivar la realización prpuestas técnicas de ls alumns para el mejramient de resultads de experiments realizads. Frmar equips de trabaj dnde el resultad final dependa de la interacción entre grups. Desarrll de trabaj extra clase reslviend prblemas mediante diferentes frmas y/ metdlgías existentes. Desarrll de reprtes escrits en frma particular, haciend hincapié en la calidad tant de frmat de presentación cm en el enfque dad a sus resultads btenids

9 9.- SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN El prfesr evalúa en frma cntinua y frmativa, pr l que debe cnsiderar el desempeñ en cada una de las actividades de aprendizaje, haciend especial énfasis en: Reprtes de investigacines hechas en equip y de manera individual. Reprtes de bservacines hechas durante las actividades de circuits en CD. Exámenes. Expsicines de clase. Prpuestas de slución a prblemas técnics mediante la aplicación de terías. Realización de prácticas de labratri. Participación en clase UNIDADES DE APRENDIZAJE Unidad 1: Circuits de Crriente Directa Cmpetencia específica a desarrllar Actividades de Aprendizaje Cncer, identificar, clasificar y Discutir en clase la nrmatividad calcular las relacines tensión, aplicable en cuant al manej segur de crriente y ptencia en cada un la energía eléctrica. de ls elements de un circuit. Representar un circuit eléctric pr medi de un diagrama usand la simblgía. Describir las características de ls elements cnstitutivs de un circuit eléctric Investigar ls diferentes tips de fuentes de tensión y sus características Calcular tensión, crriente y ptencia en ls elements cnstitutivs de un circuit eléctric Interpretar y evaluar ls resultads btenids en un análisis de circuits enfatizand el cncept de balance de ptencia Unidad 2: Análisis de circuits pr teremas Cmpetencia específica a desarrllar Actividades de Aprendizaje

10 Analizar e interpretar las cndicines de un circuit para seleccinar el métd de slución aprpiad. Identificar y reslver las variables en un circuit especific Describir en frma teórica ls pass a seguir en la slución de un circuit. Discutir sbre las ventajas y/ desventajas de un métd en particular en la slución de circuits eléctrics. Calcular las variables crriente-tensión para cada element de un ejercici Cmentar y demstrar el principi de cnservación de la energía en un circuit eléctric Elabrar un balance energétic en un circuit eléctric Cncer diferentes alternativas en la aplicación de sftware para la slución de circuits eléctrics Unidad 3: Análisis de transitris de primer rden Cmpetencia específica a desarrllar Actividades de Aprendizaje Identificar, clasificar y reslver el tip de circuit junt cn sus cndicines iniciales para plantear el mdel matemátic que marca el cmprtamient general del mism. Interpretar ls resultads asciándls a una grafica general del cmprtamient, bteniend así las características fundamentales del circuit. Identificar ls circuits de primer rden según su cnfiguración y btener su crrespndiente mdel matemátic. Determinar la cnstante de tiemp en circuits de primer rden. Demstrar en frma grafica el valr de la cnstante de tiemp y vincularla cn la btenida en la practica de labratri del circuit de primer rden Describir el cmprtamient de ls diferentes circuits de primer rden en cuant al cmprtamient de sus elements Reslver el mdel matemátic de ls circuits de primer rden y cuantificar su slución Fijar ls parámetrs necesaris en ls elements del circuit para que este cumpla cn requisits preestablecids Visualizar en frma grafica la slución de ls circuits e primer rden Investigar las aplicacines de sistemas de primer rden en diferentes áreas de la ingeniería y ciencias Obtener analgías cn diferentes

11 sistemas de primer rden y establecer cnclusines. Unidad 4: Análisis de transitris de segund rden Cmpetencia específica a desarrllar Identificar, clasificar y reslver el tip de circuit junt cn sus cndicines iniciales para plantear el mdel matemátic que marca el cmprtamient general del mism. Interpretar ls resultads asciándls a una grafica general del cmprtamient, bteniend así las características fundamentales del circuit. Actividades de Aprendizaje Identificar ls circuits de segund rden según la cnfiguraciónde circuit presentada y btener su crrespndiente mdel matemátic.. Reslver el mdel matemátic de ls circuits de segund rden y calcular su slución evaluand ls parámetrs que l caracterizan. Visualizar en frma grafica la slución de ls circuits de segund rden Fijar ls parámetrs necesaris en ls elements del circuit para que este cumpla cn requisits preestablecids Describir, cmentar y discutir el cmprtamient de diferentes circuits de segund rden en cuant al cmprtamient de cada un de sus elements. Investigar las aplicacines de sistemas de segund rden que aparecen en diferentes áreas de la ingeniería y ciencias Obtener analgías cn diferentes sistemas de segund rden y establecer cnclusines. Haga clic aquí para escribir text.

12 11.- FUENTES DE INFORMACIÓN 1. William H. Hayt Jr. & Jack E. Kemmerly. Análisis de Circuits en Ingeniería. 7ª Ed. (2007). Editrial Mc Graw Hill, Méxic. 2. Charles K. Alexander & Mattew N. O. Sadiku. Fundaments de Circuits Eléctrics. 3ª Ed. (2007). Editrial: Mc Graw Hill, Méxic. 3. J.R. Cgdell/University f Texas at Austin. Fundaments de Circuits Eléctrics. Edición (2007). Editrial: Prentice Hall, Méxic. 4. David E. Jhnsn, Jhn L. Hilburn, J. R. Jhnsn & Peter D. Sctt. Análisis Básic de Circuits Eléctrics. 5ª Ed. (2003). Editrial: Prentice Hall, Méxic. 5. Jseph Edminister & Mahmd Nahvi. Circuits Eléctrics y Electrónics. 4ª Ed. (2005). Editrial: McGraw Hill, Méxic. 6. J. David Irwin/Auburn University. Análisis básic de Circuits en Ingeniería. 5ª Ed. (2005). Editrial: Prentice Hall, Méxic. 7. Rbert L. Bylestad. Análisis Intrductri de Circuits. 8ª Ed. (2007). Editrial: Prentice Hall, Méxic. 8. Richard C. Drf & James A. Svbda. Circuits Eléctrics. 6ª Ed. (2002). Editrial: Alfamega, Méxic. 9. James W. Nilssn. Circuits Eléctrics. 7ª Ed. (2007). Editrial: Prentice Hall, Méxic. 10. Ry W. Gdy/Missin Cllege. Orcad Pspice cn análisis de circuits. Vl. II. Ed. (2007). Editrial: Prentice Hall, Méxic PRÁCTICAS PROPUESTAS 1. Relación-Vltaje crriente en un resistr 2. Cnfirmación de las leyes de un circuit cn cmbinación serie de resistencias. 3. Cnfirmación de las leyes de circuits cn cmbinación paralel de resistencias. 4. Cnfirmación de balance de ptencias en circuits elementales. 5. Diseñ teóric de un circuit y su cmprbación práctica en el labratri. 6. Practicas sbre terema de superpsición. 7. Practicas sbre terema de Thevenin. 8. Practica sbre circuits de primer rden cn carga y descarga en un capacitr. 9. Practica sbre circuits de segund rden.