Departamento de Ingeniería Eléctrica UNIVERSIDAD NACIONAL DE MAR DEL PLATA Área Maquinas Eléctricas Máquinas Eléctricas (342) (para la carrera de Ingeniería Mecánica) Programa de la asignatura Profesor Adjunto: Prof. Dr. Justo José Roberts Jefe de Trabajos Prácticos: Prof. Ing. Oscar Trevisani Ayudante de Trabajos Prácticos: Prof. Ing. Alejandro Furlan EDICION 2017
1. Datos de la asignatura Nombre MÁQUINAS ELÉCTRICAS Código 342 Máquinas Eléctricas (342) Programa de la Asignatura - 2017 Tipo Nivel Obligatoria X Grado X Optativa Post-Grado Área curricular a la que pertenece Departamento Carrera Año/cuatrimestre de ubicación en la carrera Máquinas Eléctricas Ingeniería Eléctrica Ingeniería Mecánica 4º año / 8º cuatrimestre Disciplinas correlativas Electrotecnia (341) Carga horaria asignada en el Plan de Estudios: Total 96 Semanal 6 Distribución de la carga horaria (semanal) presencial de los alumnos: Teóricas Prácticas Teórico - prácticas 3 3-2. Composición del equipo docente Nombre Cargo Funciones ROBERTS, Justo José Profesor Adjunto TREVISANI, Oscar FURLAN, Alejandro Jefe de Trabajos Prácticos Auxiliar de Trabajos Prácticos Dicta la totalidad de las clases teóricas y supervisa el cronograma de TPs. Participa en proyectos de investigación. Ejecuta el cronograma de TPs. Dicta las introducciones teóricas de los prácticos. Interactúa con las comisiones de alumnos. Responde a las consultas de los alumnos y corrige TPs. Ayudante Trabajos Prácticos. Dirige y coordina a los Ayudantes Adscriptos. Interactúa con las comisiones de alumnos. Responde a las consultas de los alumnos y corrige TPs Página 1
3. Presentación de la asignatura Dadas las incumbencias profesionales otorgadas al Ingeniero Mecánico por la FI-UNMdP se desprende que el futuro profesional deberá desempeñarse con idoneidad en la industria en lo que respecta a las Máquinas Eléctricas. A través de la asignatura MÁQUINAS ELÉCTRICAS (342), los alumnos tienen el primer contacto con las máquinas eléctricas, y por lo tanto, esta asignatura desarrolla los conocimientos básicos necesarios tanto para el estudio de asignaturas posteriores como para su posterior ejercicio profesional. El presente programa de la asignatura MÁQUINAS ELÉCTRICAS (342), perteneciente a la Carrera de Ingeniería Mecánica, es el contrato entre la Cátedra y los estudiantes donde se explicita el plan de trabajo del equipo docente, los contenidos mínimos, la finalidad de la asignatura, los objetivos, los contenidos y bibliografía, la modalidad de trabajo, los trabajos prácticos que se desarrollaran y las características de la evaluación. 4. Objetivos de la asignatura Generales: El principal objetivo de la asignatura MÁQUINAS ELÉCTRICAS (342) es dotar al alumno de la Carrera de Ingeniería Mecánica con los conocimientos básicos teóricos y prácticos para interpretar, plantear y resolver problemas reales relacionados con las Máquinas Eléctricas. Específicos: Adquirir conocimientos técnicos básicos relacionados con el estudio de las máquinas eléctricas, comprendiendo los fenómenos físicos en que se basan y asimilando las leyes eléctricas, magnéticas y mecánicas que los describen y cuantifican. Conocer cuáles son los diferentes tipos de máquinas eléctricas y familiarizarse con las características fundamentales de construcción, diseño, cálculo y modos de funcionamiento de cada una de ellos. Adquirir las habilidades necesarias para controlar velocidad y posición en máquinas eléctricas. Adquirir las habilidades necesarias para poner en correcto funcionamiento las máquinas eléctricas y realizar las mediciones y conexiones oportunas. Adquirir los recursos necesarios para el seguimiento de otras asignaturas de intensificación propias de la titulación. Adquirir las habilidades necesarias para canalizar el estudio y la búsqueda de información en la aplicación y desarrollo de proyectos, pudiendo por sí mismos ampliar sus conocimientos en esta materia. 5. Contenidos mínimos de la asignatura Los contenidos mínimos para la asignatura son los siguientes: Principios generales de las máquinas eléctricas. Transformadores. Máquinas sincrónicas. Máquinas asincrónicas. Máquinas de corriente continua. Máquinas de corriente alterna con colector. Página 2
6. Programa analítico Máquinas Eléctricas (342) Programa de la Asignatura - 2017 Unidad 1: Principios generales de las máquinas eléctricas Clasificación de las máquinas eléctricas. Fundamentos electromagnéticos. Motor y generador elemental. Conversión electromagnética de energía. Pérdidas en el cobre, pérdidas en el hierro y pérdidas mecánicas. Rendimiento. Calentamiento. [1] Cap. 2.1; [3] Cap. 1 y 2; [8] Cap. 1 y 2; [9] Cap. 1 Unidad 2: Transformadores Principales aspectos constructivos. Principio de funcionamiento de un transformador ideal. Funcionamiento de transformador real. Circuito eléctrico equivalente. Diagrama fasorial. Reducción a la malla del primario o secundario. Circuitos equivalentes aproximados. Transformador en vacío y en cortocircuito. Determinación de las constantes de un transformador. Unidad 3: Características de los transformadores Caída de tensión en un transformador, regulación. Curva característica externa. Pérdidas y rendimiento. Paralelo de transformadores. Distribución de las cargas en paralelo. Autotransformadores. Unidad 4: Máquinas sincrónicas La máquina sincrónica polifásica elemental. Aspectos constructivos. Rotores de polos salientes y rotores lisos o cilíndricos. Sistema de excitación. Expresión de la f.e.m y forma de onda. Campo rotante. [1] Cap. 2.2; [3] Cap. 13; [7] Cap. 2; [8] Cap. 3; [9] Cap. 3 [1] Cap. 2.2; [3] Cap. 13; [7] Cap. 2; [8] Cap. 3; [9] Cap. 3 [1] Cap. 2.4 y 2.5; [3] Cap. 6 y 8; [7] Cap. 5; [8] Cap. 5; [9] Cap. 4 y 5 Unidad 5: Características de funcionamiento de las máquinas sincrónicas La máquina sincrónica como generador. Funcionamiento en vacío. Funcionamiento en carga; reacción de inducido. Circuito equivalente y diagrama fasorial del generador de rotor liso. Reactancia sincrónica; determinación de la misma. Principales curvas características de los generadores sincrónicos. Regulación de tensión. Acoplamiento en paralelo de alternadores. La máquina sincrónica como motor. Principio de funcionamiento. Diagrama fasorial. Curvas en "V" o de Mordey. Arranque. El motor sincrónico como compensador del factor de potencia. [1] Cap. 2.4 y 2.5; [3] Cap. 6 y 8; [7] Cap. 5; [8] Cap. 5; [9] Cap. 4 y 5 Página 3
Unidad 6: Máquinas asincrónicas Principio de funcionamiento de los motores de inducción. Características constructivas. Rotores tipo jaula y rotores bobinados. Deslizamiento. Ecuaciones fundamentales de las máquinas asincrónicas. Circuito equivalente. Diagrama fasorial. Cupla de arranque. Lugar geométrico de corrientes; diagrama de círculo o de Heyland. [1] Cap. 2.6; [3] Cap. 9; [7] Cap. 6; [8] Cap. 4; [9] Cap. 6 Unidad 7: Características de funcionamiento de las máquinas asincrónicas Arranque de motor asincrónico polifásico; diversos métodos. Inversión del sentido de giro. Regulación de velocidad. Motores de inducción monofásico. Principio de funcionamiento. Cupla motora. Arranque de motor de inducción monofásico; diversos métodos. [1] Cap. 2.6; [3] Cap. 9; [7] Cap. 6; [8] Cap. 4; [9] Cap. 6 Unidad 8: Máquinas de corriente continua Aspectos constructivos de las máquinas de corriente continua. Principio de funcionamiento como motor y generador. Excitación. Ecuación general del motor y generador. Reacción de inducido, consecuencias. Conmutación. Polos de conmutación. Arrollamientos de compensación. [1] Cap. 2.8; [3] Cap. 3 y 4; [7] Cap. 7; [8] Cap. 6; [9] Cap. 7, 8 y 9 Unidad 9: Características de funcionamiento de las máquinas de corriente continua Generadores de corriente continua. Curvas características de los generadores de excitación independiente, derivación, serie y compuesta. Característica magnética, en vacío, en carga, externa y de regulación. Motores de corriente continua. Corriente de arranque. Momento resistente y de rotación. Motores de excitación independiente, derivación, serie y compuesta. Curvas características. Variación de velocidad. Inversión de marcha. Frenado. Sistema Ward-Leonard. Unidad 10: Máquinas de corriente alterna con colector Motor serie de corriente alterna. Motor de repulsión. Motor universal. [1] Cap. 2.8; [3] Cap. 3 y 4; [7] Cap. 7; [8] Cap. 6; [9] Cap. 7 y 8 [1] Cap. 2.9; [7] Cap. 9; [8] Cap. 6; [9] Cap. 9 Página 4
7. Bibliografía (básica y complementaria) La bibliografía posible de ser consultada incluye libros clásicos [1, 2, 3, 5, 9], así como libros más modernos [6, 7, 8] que presentan características propias y conceptos pedagógicos más actuales, tales como, mayor cantidad de imágenes y problemas resueltos explicados paso a paso, etc. Se buscó que la mayoría de los libros estén disponibles en la en la biblioteca de la Facultad de Ingeniería en idioma español, sin embargo algunos texto recomendados sólo están disponibles en idioma inglés y no se encuentran en la biblioteca de la Facultad de Ingeniería, esto no debería detener la curiosidad del estudiante. Los libros recomendados por la Cátedra son los siguientes: Básica [1] Marcelo A. Sobrevila. Ingeniería de la Energía Eléctrica - Libro II. Buenos Aires: Marymar, 1985. [2] Marcelo A. Sobrevila. Conversión industrial de la energía eléctrica: Teoría clásica y problemas - Tomo I. Buenos Aires: Eudeba, 1975. [3] Irwing L. Kosow. Máquinas Eléctricas y Transformadores. México: Prentice Hall Hispanoamericana S.A., 1991. [4] Chester Dawes. Electricidad Industrial. Barcelona: Reverté, 1981. [5] Charles S. Siskind. Máquinas de Corriente continua. Buenos Aires: Hispano- Americana, 1967. Complementaria [6] A.E. Fitzgerald, Charles Kingsley, Jr., Stephen D. Umans. Máquinas Eléctricas. México; Madrid: McGraw-Hill, 2004. [7] Jesús Fraile Mora. Máquinas Eléctricas. España: Mc Graw Hill, 2003. [8] Stephen J. Chapman. Máquinas Eléctricas. México: Mc Graw Hill, 2012. [9] M.P. Kostenki, L.M. Piotrovski. Máquinas Eléctricas Tomo I y II. URSS: MIR, 1975. 8. Modalidad de trabajo a) La actividad curricular se basara esencialmente en el dictado de Clases Teóricas y Clases de Trabajos Prácticos (TPs) donde se desarrollan experiencias de laboratorio. b) Las clases serán en todo momento del tipo participativas para una mejor integración entre los docentes y los alumnos, favoreciendo de esta manera la emisión y la recepción de los conocimientos. c) Los alumnos contaran con la bibliografía adecuada en existencia en Biblioteca de la FI- UNMdP, documentación técnica respectiva actualizada de Máquinas Eléctricas, Guías de Trabajos Prácticos que serán facilitadas con antelación para su comprensión previa. d) En las Clases Teóricas y en las Clases de Trabajos Prácticos se estimula la participación de los alumnos. Los TPs se articulan totalmente con las clases teóricas. e) Las Clases Teóricas se desarrollaran en el aula asignada por el Dpto. de Ingeniería Eléctrica (ver horarios de cursada en página web de la facultad) f) Las Clases de Trabajos Prácticos se realizaran en el Laboratorio de Máquinas Eléctricas del Dpto. de Ing. Eléctrica (ver horarios de cursada en página web de la facultad). g) Los TPs están diseñados para entender los principales operativos y de desempeño de las máquinas eléctricas. En cada práctico se entrega la guía impresa con los temas a resolver y además se amplían los conceptos específicos en una explicación oral. Posteriormente los integrantes de la Cátedra responden las consultas de los alumnos. Finalmente se procede a la realización de las experiencias en supervisión de los profesores a cargo. Página 5
9. Requisitos para cursar la materia Podrán cursar esta materia aquellos alumnos que revistan condición de regulares, no admitiéndose inscripciones condicionales. 10. Sobre las evaluaciones a) Se fija en 2 (dos) el número de Exámenes Parciales que deberá rendir el alumno. b) Sólo se puede desaprobar (o estar ausente) en un parcial, para no perder la cursada. c) Por cada uno de los exámenes parciales mencionados se dispondrá de (1) un solo examen recuperatorio para alcanzar la habilitación, luego del segundo examen y antes del final. d) La nota mínima para la aprobación es 4 (cuatro). e) Los exámenes consistirán en la realización de problemas y preguntas de carácter conceptual, similares a los ya desarrollados en las Guías de Trabajos Prácticos y Clases Teóricas correspondientes, asignándose a cada uno un porcentaje del total, el cual será informado al alumno con anterioridad a su resolución. f) Para la corrección de los exámenes se valorará positivamente las contestaciones ajustadas a las preguntas propuestas, la coherencia en el desarrollo llevado a cabo, el rigor conceptual, la correcta utilización de las unidades, la incorporación en su caso de figuras explicativas, diagramas, etc. Se considerarán negativamente, dentro de cada consigna, las contestaciones que no se ajusten a lo propuesto, los errores conceptuales y la incorrecta utilización de las unidades. g) Aquellos problemas o temas en cuya solución o desarrollo el alumno incurriera en errores conceptuales o estuvieran tachados, borroneados o fueran ininteligibles, no serán tenidos en cuenta para la calificación y en los demás casos, según el criterio adoptado por la Cátedra. h) Una vez corregidos y publicados los resultados, los exámenes estarán a disposición de los alumnos en la fecha y hora fijados al efecto, para que puedan ser consultados si existieran dudas. i) La hora de finalización del examen será informada a los alumnos antes del inicio del mismo, no recibiéndose aquellos exámenes que sean entregados con posterioridad a la hora fijada. 11. Sobre las clases de trabajos prácticos a) Las horas asignadas a las clases de TPs serán destinadas a la Resolución de Problemas y/o a Experiencias de Laboratorio, contando los alumnos con el asesoramiento de los integrantes de la Cátedra. b) Se destinarán 3 (tres) horas semanales para la realización de las clases de TPs. c) Se formarán grupos o comisiones de hasta 6 (seis) alumnos como máximo. d) Los informes de cada una de las prácticas realizadas deben ser entregados, para su corrección, dentro de los 15 (quince) días siguientes a los de su realización. e) Se presentará un Informe de Laboratorio por cada grupo de alumnos, no siendo necesaria una presentación individual. En la primera hoja del citado informe, deberá figurar un alumno como responsable del mismo. f) El responsable del Informe de Laboratorio debe ser rotativo dentro del grupo y deberá entregar a cada compañero una fotocopia del TP corregido (aprobado). g) Aquel grupo que adeude 2 (dos) Informes consecutivos, y haya vencido el plazo de presentación del último de ellos, no podrá ingresar al laboratorio a realizar la práctica Página 6
correspondiente a la fecha, computándose un ausente por cada integrante de la comisión. h) Los informes se irán sumando en una carpeta de comisión, la cual deberá ser presentada en cada evaluación. i) Cada informe deberá estar visado por el docente a cargo. j) Es obligatoria la asistencia al 75% de las prácticas de laboratorio. 12. Régimen de aprobación RÉGIMEN REGULAR: el alumno estará habilitado para rendir el Examen Totalizador de la materia si cumple con los siguientes requisitos: Asistencia: 75% de las Prácticas de Laboratorio. Exámenes parciales: se deben aprobar los exámenes parciales o sus recuperatorios con una nota mínima (media entre los dos exámenes) de 4 (cuatro) puntos. Trabajos prácticos: se deben aprobar el 100% de los TPs, cada informe debe estar visado por el docente responsable de los TPs. Examen totalizador: deberán rendir esta instancia los alumnos que hayan aprobado los requisitos del Régimen Regular no alcanzando al Régimen Promocional, debiendo presentarse con la totalidad de los TPs aprobados y visados por el docente responsable de los TPs. El examen totalizador incluirá cuestiones teórico-prácticas así como cuestiones referentes a los TPs (Laboratorios). Quien no cumpla con este requisito perderá la cursada. RÉGIMEN PROMOCIONAL: el alumno aprobará la materia en forma promocional si cumple con los siguientes requisitos: Asistencia: 75% de las Prácticas de Laboratorio. Exámenes parciales: se deben aprobar los exámenes parciales o sus recuperatorios con una nota mínima (de cada uno) de 7 (siete) puntos. Trabajos prácticos: se deben aprobar el 100% de los TPs, cada informe debe estar visado por el docente responsable de los TPs. DESAPROBADO: El alumno estará desaprobado y deberá recursar la materia de no cumplir con alguno de los dos regímenes antes enunciados. 13. Observaciones Toda situación no contemplada en el presente documento, será resuelta por la Cátedra. 14. Cronograma El cronograma de actividades de la asignatura MÁQUINAS ELÉCTRICAS (342) del ciclo lectivo 2017 se presentan en la siguiente página. Los días y horarios de las clases son: Clases Día y horario Aula Prácticas Martes de 18:30 a 21:30 h Laboratorio de Máquinas Eléctricas Teóricas Miércoles de 15:00 a 18:00 h Aula 15 Página 7
Cronograma de actividades Máquinas Eléctricas (342) - Ciclo lectivo 2017 Sem Fecha PRÁCTICA Fecha TEORÍA Observaciones 1 15/08 Presentación Generalidades Formación de comisiones 16/08 T1 Principios generales de las máquinas eléctricas 2 22/08 Reconocimiento laboratorio Instrumentos de medición a utilizar 23/08 T2 Transformadores 3 29/08 TP1 Transformador monofásico: reconocimiento 30/08 T3 Características de los transformadores 4 05/09 TP2 Transformador monofásico: ensayo directo 06/09 T4 Máquinas sincrónicas 5 12/09 TP3 Transformador monofásico: ensayo indirecto 13/09 T5 Características de funcionamiento de las máquinas sincrónicas (1) 6 19/09 TP4 Paralelo de transformadores monofásicos 20/09 T6 Características de funcionamiento de las máquinas sincrónicas (2) 7 26/09 TP5 Ensayo directo del alternador trifásico 27/09 T7 Máquinas asincrónicas 8 03/10 TP6 Paralelo de alternadores trifásicos 04/10 T8 Características de funcionamiento de las máquinas asincrónicas (1) 9 10/10 1º Parcial (Prácticas 1 a 5) 11/10 T9 Características de funcionamiento de las máquinas asincrónicas (2) Mar 10/10 1º p. 10 17/10 TP7 Motor Sincrónico: Curvas V 18/10 T11 Máquinas de corriente continua 11 24/10 TP8 - Motor Asincrónico: Ensayo Indirecto 25/10 T12 Características de funcionamiento de las máquinas de CC (1) 12 31/10 TP9 Ensayo de Generador de C.C. 01/11 T13 Características de funcionamiento de las máquinas de CC (2) 13 07/11 TP10 Ensayo de Motor de C.C. 08/11 T14 Máquinas de corriente alterna con colector 14 14/11 2º Parcial (Prácticas 6 a 10) 15/11 T15 Accionamientos eléctricos: nociones básicas Mar 14/11 2º p. 15 21/11 Entrega notas 2º Parcial + Presentación Carpetas completas 22/11 Clase de consulta 16 28/11 Recuperatorio 1º Parcial 29/11 Recuperatorio 2º Parcial Mar 28/11 rec 1º p. Mie 29/11 rec 2º p. 17 18/12 al 22/12 llamado a exámenes totalizadores de Diciembre Página 8
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