Conversión de la Energía II

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS
FÍSICO MATEMÁTICAS
PROGRAMA SINTÉTICO
CARRERA:
ASIGNATURA:
Ingeniería Eléctrica.
Conversión de la Energía II
SEMESTRE:
Quinto
OBJETIVO GENERAL:
El alumno describirá el funcionamiento de la máquina síncrona, destacando la importancia que tiene ésta como
alternador para que su potencia generada sea consumida por las industrias, por los comercios y por las zonas
residenciales y también por qué esta máquina se usa como motor síncrono y como condensador síncrono.
CONTENIDO SINTÉTICO:
I
El Alternador y Fuerza Electromotriz Inducida y Factores que la Afectan.
II Parámetros del Alternador y Regulación de Tensión Mediante Pruebas.
III Pérdidas y Rendimiento.
IV Operación del Alternador en Paralelo.
V Motor Síncrono.
VI Características del Motor Síncrono.
VII Operación del Motor Síncrono y su Clasificación.
VIII Condensador Síncrono
METODOLOGÍA:
Búsqueda de información bibliográfica.
Realización de un resumen de tareas extraclase.
Redacción de un reporte de prácticas de laboratorio.
Participación, discusión en clase con la coordinación del profesor.
EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN:
Tres exámenes departamentales por escrito que corresponden al 60% de su calificación teórica, participaciones
10% y actividades complementarias el 30%, en sumatoria representan el 70% del total de la calificación teórica, y
el 30% restante corresponde al laboratorio.
Para acreditar el laboratorio los alumnos presentarán:
Un reporte por escrito que contendrá los resultados obtenidos en la práctica, los diagramas de conexión y
medición, la información correspondiente a los aparatos e instrumentos utilizados, las consideraciones teóricas, el
desarrollo, las conclusiones y la bibliografía (30%)
BIBLIOGRAFÍA:
Chapman Stephen J. Máquinas Eléctricas Ed. Mc.Graw Hill Colombia 1987 pág. 375 a pág. 480.
Dawes Chester L. Tratado de Electricidad Tomo Segundo Corriente Alterna Ed. Gustavo Gilli, S.A. México D.F.
1979. Pág. 166 a 254 y pág. 398 a 469.
Garduño García, Agapito, Magaña Madrigal, Ramón máquinas síncronas conversión de la energía II.
Vargas Prudente, Pablo Alternador Síncrono conversión de la energía II, Instituto Politécnico Nacional 1996 pág. 1 – 1 a 10 – 34
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SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS
FÍSICO MATEMÁTICAS
ESCUELA: Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y
Eléctrica.
Zacatenco.
CARRERA: Ingeniería Eléctrica.
OPCIÓN:
COORDINACIÓN: Academia de Conversión de la Energía.
DEPARTAMENTO: Ingeniería Eléctrica.
ASIGNATURA: Conversión de la Energía II
SEMESTRE: Quinto.
CLAVE:
CRÉDITOS: 9
VIGENTE: Agosto 2005.
TIPO DE ASIGNATURA: Teórico-práctica.
MODALIDAD: Escolarizada.
TIEMPOS ASIGNADOS
HRS/SEMANA/TEORÍA: 3.0
HRS/SEMANA/PRÁCTICA : 3.0
HRS/SEMESTRE/TEORÍA: 54
HRS/SEMESTRE/PRÁCTICA: 54
HRS/TOTALES: 108
PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO
POR: Academia de Conversión de la Energía.
REVISADO POR: Subdirección Académica.
APROBADO POR: Consejo Técnico Consultivo
Escolar.
ESIME-ZACATENCO.
DIRECTOR: M. en C. Jesús Reyes García
AUTORIZADO POR: Comisión de Planes y Programas de
Estudio del Consejo General Consultivo del IPN.
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FÍSICO MATEMÁTICAS
ASIGNATURA: Conversión de la Energía II
CLAVE
HOJA:
2 DE 13
FUNDAMENTACIÓN DE LA ASIGNATURA
Conversión de la Energía II es la asignatura en la cual el alumno va a obtener los conocimientos fundamentales de las
máquinas síncronas, el alternador, el motor y el condensador síncronos.
Estas máquinas tienen su aplicación en los sectores de la producción ya sea que se utilicen para generar energía
eléctrica, para mover maquinaria o para corregir el factor de potencia. El estudio de estas máquinas es esencial en la
carrera de Ingeniería Eléctrica puesto que son las que producen y aprovechan la energía eléctrica y al mismo tiempo
regulan el funcionamiento de los sistemas eléctricos. Por lo anterior, es indispensable que el alumno verifique la
información teórica en las prácticas del laboratorio, complementando esto con visitas a las diferentes plantas e
instalaciones de la industria eléctrica.
Los antecedentes de esta asignatura son: Conversión de la Energía I, de Materiales Electrotécnicos y Circuitos
Eléctricos I y como colateral Circuitos Eléctricos II
Los consecuentes de esta asignatura son: Conversión de la Energía III e Instalaciones Eléctricas en alta Tensión.
OBJETIVO DE LA ASIGNATURA
El alumno describirá el funcionamiento de la máquina síncrona, destacando la importancia que tiene ésta como
alternador para que su potencia generada sea consumida por las industrias, por los comercios y por las zonas
residenciales y también por qué esta máquina se usa como motor síncrono y como condensador síncrono.
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FÍSICO MATEMÁTICAS
ASIGNATURA: Conversión de la Energía II
No. UNIDAD I
CLAVE:
HOJA: 3 DE 13
NOMBRE: El Alternador y Fuerza Electromotriz Inducida y Factores
que la Afectan
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno identificará cada una de las partes que constituyen a una máquina síncrona, indicando la función que
desempeñan cada una de ellas.
No.
TEMAS
TEMA
Principios de funcionamiento
1.1
1.2
Tipos de alternadores
1.3
Construcción del alternador
1.4
Circuito magnético del alternador
1.5
Ecuación de la Fem.
1.6
Factor de paso
1.7
Factor de distribución
1.8
Efectos de las armónicas
1.9
Resumen
Subtotal
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
T
6.0
6.0
HORAS
P
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
EC
6.0
1B, 2B, 4C, 5C, 6C, 8B,
10B
6.0
Los alumnos realizarán una investigación documental sobre los puntos 1.1, 1.2, 1.3, y 1.4 orientada por el profesor.
Elaboración de un reporte escrito del resultado de la búsqueda de información (concepto, características, etc.)
Realización de tareas.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
El primer examen departamental abarcará las unidades I y II.
Evaluación de participaciones y tareas
Evaluación de reportes.
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ASIGNATURA: Conversión de la Energía II
No. UNIDAD II
CLAVE:
HOJA: 4 DE 13
NOMBRE: Parámetros del Alternador y Regulación de Tensión
Mediante Pruebas
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno describirá los parámetros del alternador y analizará el circuito equivalente mediante pruebas.
No.
TEMA
Resistencia eficaz.
2.1
T
10.0
HORAS
P
9.0
EC
4.0
10.0
9.0
4.0
TEMAS
2.2
Diagramas vectoriales bajo distintos factores de
potencia.
2.3
Circuito equivalente
2.4
Regulación de tensión
2.5
Relación entre tensión de vacío y la tensión con carga
2.6
Regulación de tensión bajo distintos factores de
potencia
2.7
Cálculo de regulación de tensión
2.8
Método de regulación de tensión de la impedancia
síncrona
Subtotal
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
Realización de prácticas de laboratorio con la guía del profesor.
Investigación bibliográfica de los temas 2.1, 2.2 y 2.3.y presentación en pequeños grupos.
Reporte escrito de los resultados de la investigación.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Primer examen departamental abarcará las unidades I y II.
Evaluación de participaciones y tareas
Evaluación de los reportes de las prácticas realizadas.
1B, 2B, 3B, 4C, 5C, 6C,
8B, 10B
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ASIGNATURA: Conversión de la Energía II
No. UNIDAD III
CLAVE:
HOJA: 5 DE 13
NOMBRE: Pérdidas y Rendimiento
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno describirá y evaluará los diferentes tipos de pérdidas en la máquina.
No.
TEMAS
TEMA
Conceptos generales
3.1
3.2
Pérdidas mecánicas
3.3
Pérdidas del hierro
3.4
Pérdidas del cobre
3.5
Pérdidas adicionales
3.6
Rendimiento
3.7
Resumen
Subtotal
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
T
10.0
HORAS
P
8.0
EC
6.0
10.0
8.0
6.0
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
1B, 2B, 3B, 4C, 5C, 6C,
8B, 10B
Realización de prácticas de laboratorio con la guía del profesor.
Realización de ejercicios en clase considerando las pérdidas del alternador con la supervisión del profesor.
Evaluación de las pérdidas y rendimiento.
Tareas relacionadas a los temas
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
El segundo examen departamental abarcará las unidades III, IV y V.
Evaluación de participaciones y tareas.
Evaluación de los reportes de las prácticas realizadas.
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ASIGNATURA: Conversión de la Energía II
No. UNIDAD IV
CLAVE:
HOJA: 6 DE 13
NOMBRE: Operación del Alternador en Paralelo
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno explicará la necesidad de la conexión en paralelo de los alternadores así como los distintos métodos de
sincronización.
No.
TEMAS
TEMA
Necesidades de operación en paralelo.
4.1
4.2
Ventajas y desventajas de la operación en paralelo.
4.3
Condiciones para conectar alternadores en paralelo.
4.4
Métodos de sincronización.
4.5
Operación en paralelo.
4.6
Efectos del cambio de velocidades y cambios de
excitación.
Subtotal
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
T
6.0
HORAS
P
8.0
EC
4.0
6.0
8.0
4.0
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
1B, 2B, 3B, 4C, 5C, 6C,
7B, 8B, 9B
Realización de prácticas de laboratorio considerando los distintos métodos de sincronización, con la guía del
profesor.
Tareas relacionadas a los temas.
Investigación bibliográfica.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
El segundo examen departamental abarcará las unidades III, IV y V.
Evaluación de participaciones y tareas.
Evaluación de reportes de laboratorio.
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FÍSICO MATEMÁTICAS
ASIGNATURA: Conversión de la Energía II
No. UNIDAD V
CLAVE:
HOJA: 7 DE 13
NOMBRE: Motor Síncrono
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno explicará los efectos que se tienen en el motor al tener distintas excitaciones y evaluará las ventajas y
desventajas del motor síncrono respecto al motor de inducción.
No.
TEMAS
TEMA
Introducción al motor síncrono
5.1
5.2
Principio de operación
5.3
Excitación del motor síncrono
5.4
Ventajas y desventajas del motor síncrono
5.5
Aplicaciones del motor síncrono
5.6
Características nominales
T
4.0
HORAS
P
8.0
EC
3.0
4.0
8.0
3.0
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
Subtotal
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Realización de prácticas de laboratorio con la guía del profesor.
Investigación bibliográfica.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
El segundo examen departamental abarcará las unidades III, IV y V.
Evaluación de participaciones y tareas.
Evaluación de reportes.
1B, 2B, 3B, 4C, 5C, 7B,
8B, 10B
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ASIGNATURA: Conversión de la Energía II
No. UNIDAD
VI
CLAVE:
HOJA: 8 DE 13
NOMBRE: Características del Motor Síncrono
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno aplicará los diferentes métodos de arranque del motor síncrono y analizará el par electromagnético así
como sus curvas principales.
No.
TEMAS
TEMA
Arranque del motor síncrono
6.1
6.2
Funcionamiento del motor síncrono
6.3
Par electromagnético
6.4
Curvas “V” del motor síncrono
6.5
Curvas de factor de potencia contra carga
6.6
Corrección del factor de potencia
Subtotal
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
T
6.0
HORAS
P
8.0
EC
4.0
6.0
8.0
4.0
Explicación del alumno sobre los puntos que este tema enumera.
Realización de ejercicios en clase.
Realización de reportes de las prácticas de laboratorio.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
El tercer examen departamental abarcará las unidades VI, VII y VIII.
Evaluación de participaciones y tareas.
Evaluación de reportes.
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
1B, 2B, 3B, 4C, 5C, 7B,
9B, 10B
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ASIGNATURA: Conversión de la Energía II
No. UNIDAD VII
CLAVE:
HOJA: 9 DE 13
NOMBRE: Operación del Motor Síncrono y su Clasificación
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno explicará los distintos tipos de carga que se acoplan al motor síncrono, analizando los efectos de carga
con excitación constante y distintas excitaciones.
No.
TEMA
Tipos de carga
7.1
T
6.0
HORAS
P
9.0
EC
4.0
6.0
9.0
4.0
TEMAS
7.2
Efectos de carga de un motor síncrono
7.3
Protección del motor síncrono
7.4
Protección de la excitatriz
7.5
Motor síncrono sin escobillas
7.6
Motor síncrono con inducido rotatorio
7.7
Motor síncrono de inducción
Subtotal
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
Investigación bibliográfica y elaboración de un reporte escrito con la guía del profesor.
Discusión en clase con la coordinación del profesor
Realización de reportes de las prácticas de laboratorio.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
El tercer examen departamental abarcará las unidades VI, VII y VIII.
Evaluación de participaciones y tareas.
Evaluación de los reportes de las prácticas realizadas.
1B, 2B, 3B, 4C, 5C, 6C,
7B, 8B, 9B, 10B
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FÍSICO MATEMÁTICAS
ASIGNATURA: Conversión de la Energía II.
No. UNIDAD VIII
CLAVE:
HOJA: 10 DE 13
NOMBRE: Condensador Síncrono
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno describirá las características del condensador síncrono de un motor y un alternador síncrono, además
explicará las ventajas y las desventajas que tiene respecto al motor síncrono.
No.
TEMA
Introducción
8.1
T
6.0
HORAS
P
4.0
EC
6.0
6.0
4.0
6.0
TEMAS
8.2
Ventajas y desventajas
8.3
Operación del condensador síncrono
8.4
Protección del condensador síncrono
8.5
El condensador síncrono en las plantas eléctricas
Subtotal
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
2B, 3B, 4C, 7B, 8B, 10B
Búsqueda documental sobre la importancia que tiene el condensador síncrono, las ventajas y desventajas, la
operación y protección del mismo por parte del alumno.
Desarrollo de ejercicios sobre cálculos de corrección del factor de potencia para mejorar la regulación de tensión de
un sistema eléctrico.
Realización de reportes de las prácticas de laboratorio.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
El tercer examen departamental abarcará las unidades VI, VII y VIII.
Evaluación de la participación en clase.
Evaluación de los reportes de las prácticas realizadas.
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FÍSICO MATEMÁTICAS
ASIGNATURA: Conversión de la Energía II
CLAVE:
HOJA: 11 DE 13
RELACION DE PRÁCTICAS
PRAC
NOMBRE DE LA PRÁCTICA
T. No.
Conceptos generales del laboratorio de
1
Conversión de la Energía II.
UNIDAD
DURACIÓN
II
2.0
2
Conocimiento del funcionamiento del
laboratorio de Conversión de la Energía II.
II
2.0
3
Identificación de terminales y medición de
resistencia óhmica y de aislamiento de la
máquina síncrona.
II
3.0
4
Tensión inducida
II
2.0
5
Conexión del alternador.
III
3.0
6
Obtención de
alternador.
del
III
7
Obtención de las pérdidas y rendimiento del
alternador.
III
8
Sincronización de alternadores trifásicos.
IV
4.0
9
Operación de alternadores trifásicos en
paralelo.
IV
4.0
10
Motor síncrono.
V
4.0
11
Características del motor síncrono.
V
4.0
12
Obtención de las curvas “V”.
VI
3.0
13
Curvas de factor de potencia contra carga.
VI
3.0
14
Corrección del factor de potencia.
VI
2.0
15
Efectos de carga de un motor síncrono.
VII
3.0
16
Motor síncrono de inducción.
VII
6.0
17
Condensador síncrono.
VIII
4.0
la
forma
de
onda
2.0
3.0
LUGAR DE
REALIZACIÓN
Laboratorios
Pesados II
de
Ingeniería
Eléctrica
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FÍSICO MATEMÁTICAS
ASIGNATURA: Conversión de la Energía II
PERÍODO
1er.
UNIDAD
2do.
CLAVE:
HOJA: 12 DE: 13
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Tres exámenes departamentales por escrito que corresponden al 60% de su calificación
teórica, participaciones 10% y actividades complementarias el 30%, en sumatoria
representan el 70% del total de la calificación teórica y la investigación, y el 30% restante
corresponde al laboratorio.
3er.
Para acreditar el laboratorio los alumnos presentarán:
CLAVE
1
B
X
2
X
C
Un reporte por escrito que contendrá los resultados obtenidos en la práctica, los diagramas
de conexión y medición, la información correspondiente a los aparatos e instrumentos
utilizados, las consideraciones teóricas, el desarrollo, las conclusiones y la bibliografía
(30%)
BIBLIOGRAFÍA
Chapman Stephen J. Máquinas Eléctricas Ed.McGraw Hill. Colombia 1987. Pág. 397 a
pág. 516.
Dawes, Chester L. Tratado DE Electricidad, Corriente Alterna Tomo II, Gustavo Gilli, S.A.
México, D.F. 1979. Pág. 166 a pág. 254, pág. 398 a pág. 469.
3
X
Garduño García, Agapito y Magaña Madrigal Ramón. Máquinas Síncronas. Conversión de
la Energía II. Pág. 9 a pág. 239.
X
4
Kosow, Irving L. Máquinas Eléctricas y Transformadores. Reverté, S.A. España 1978. Pág.
170 a pág. 307.
X
5
X
6
7
Langsdorf Alexander S. Teoría de las Maquinas de Corriente Alterna.Ed. McGraw Hill.
Book Company España, 1967
.
Siskind, Charles L. Electrical Machines. Diret and Alternating Current, McGraw Hill, Tokio
1959.
X
Vargas Prudente, Pablo. Alternador Síncrono, Conversión de la Energía II Instituto
Politécnico Nacional 1996.
8
X
Vargas Prudente, Pablo. Motores Síncronos, Conversión de la Energía II Instituto
Politécnico Nacional 1996.
9
X
Vargas Prudente, Pablo. Problemas Resueltos de Máquinas Síncronas, Conversión de la
Energía II. ESIME – IPN 1986.
10
X
Vargas Prudente, Pablo. Instructivo de Laboratorio de Conversión de la Energía II. ESIME
IPN
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FÍSICO MATEMÁTICAS
PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA
1. DATOS GENERALES
ESCUELA: Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica.
CARRERA:
ÁREA:
Zacatenco
Ingeniería Eléctrica.
SEMESTRE Quinto
BÁSICAS C. INGENIERÍA
D. INGENIERÍA
C. SOC. y HUM.
ACADEMIA: Conversión de la Energía
ASIGNATURA:
Conversión de la Energía II
ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO:
Licenciatura en Ingeniería
2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA:
El alumno describirá el funcionamiento de la máquina síncrona, destacando la importancia que tiene ésta como
alternador para que su potencia generada sea consumida por las industrias, por los comercios y por las zonas
residenciales y también por qué esta máquina se usa como motor síncrono y como condensador síncrono.
3. PERFIL DOCENTE:
CONOCIMIENTOS
EXPERIENCIA
PROFESIONAL
* En las leyes fundamentales * De preferencia con
del electromagnetismo.
Experiencia docente.
* En los materiales que
constituyen las partes de la
máquina síncrona.
HABILIDADES
ACTITUDES
* Expresarse con claridad.
* Cumplido.
* Facilidad de palabra.
* Tolerante.
* Transmitir sus conocimientos
de manera clara.
* Justo y congruente.
* Paciente.
* Respetuoso.
* Responsable y con
vocación de servicio.
* Dispuesto al cambio.
* Compromiso social.
ELABORÓ
REVISÓ
AUTORIZÓ
Ing. Modesto Castro Hinojosa
Presidente de Academia
Ing. Guillermo Santillán Guevara
M. en C. Jesús Reyes García
Subdirector Académico
Director del Plantel
FECHA:
Agosto 2005
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