INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS PROGRAMA SINTÉTICO CARRERA: ASIGNATURA: Ingeniería en Control y Automatización Teoría de los Circuitos II SEMESTRE: 4° OBJETIVO GENERAL: El alumno relacionará los modelos matemáticos que describen los fenómenos en los circuitos en estado transitorio y de las corrientes constantes, senoidales y exponenciales operados bajo el principio de frecuencia compleja. CONTENIDO SINTÉTICO: I. Respuesta transitoria. II. Frecuencia compleja. III. Respuesta a la frecuencia. IV. Transformada de Laplace. V. Circuitos acoplados magnéticamente. VI. Circuitos trifásicos. METODOLOGÍA: • Manejo de diseños virtuales • Discusión colectiva para la solución de problemas • Prácticas de laboratorio • Creación de ambiente de aprendizaje • Trabajo en equipo EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN: Exámenes departamentales (tres) 50%, prácticas, reportes, trabajos de investigación y participación 50%. Para tener derecho al promedio de calificaciones tendrá que aprobar el 80% de las prácticas. BIBLIOGRAFÍA: 1.-Edminister, J, A, Nahvi, M., Circuitos Eléctricos, tercera edición, Mc Graw Hill Interamericana, España, 1997. 2.-Hayt Jr, William, H, y Kemmerly, Jack E., Análisis de Circuitos en Ingeniería, quinta edición, Mc Graw Hill, México, 1997. 3.-Nilsson, James W., Circuitos Eléctricos, sexta edición, Printice Hall, México, 2001. 4.-Martínez J., A., Electrotecnia I, Circuitos Eléctricos de Corriente Directa, ESIME-IPN, 2003 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica CARRERA: Ingeniería en Control y Automatización OPCIÓN: COORDINACIÓN: DEPARTAMENTO: Académico de Ingeniería en Control y Automatización ASIGNATURA: Teoría de los Circuitos II SEMESTRE: 4° CLAVE: CRÉDITOS: 9 VIGENTE: Agosto 2004 TIPO DE ASIGNATURA: Teórico- Práctica MODALIDAD: Escolarizado TIEMPOS ASIGNADOS HRS./SEMANA / TEORÍA: 3 HRS./SEMANA / PRÁCTICA: 3 HRS./TOTALES / SEMANA: 6 HRS./SEMESTRE / TEORÍA: 54 HRS./SEMESTRE / PRÁCTICA: 54 HRS./TOTALES: 108 PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO: POR: Academia de Ingeniería Eléctrica REVISADO POR: Subdirección Académica APROBADO Por: Consejo Técnico Consultivo Escolar de la ESIME Zacatenco Dr. Alberto Cornejo Lizarralde AUTORIZADO POR: Comisión de Planes y Programas de Estudio del Consejo General Consultivo del IPN INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS ASIGNATURA: Teoría de los Circuitos II CLAVE: HOJA: 2 DE 10 FUNDAMENTACION DE LA ASIGNATURA El contexto académico del plan curricular de la carrera de Ingeniería en Control y Automatización tiene como línea estratégica el diseño y operación de controladores lógicos programables. Esto requiere que sus estudiantes tengan amplios conocimientos tanto de electrónica como de los parámetros eléctricos fundamentales. La respuesta de dichos programadores tiene como parámetro principal la frecuencia asociada a una tensión o corriente eléctrica. Por ello se requiere que en el proceso de formación académica de los estudiantes de esta rama del conocimiento tengan amplio dominio de la respuesta de los circuitos o redes eléctricas a Corriente Directa, Alterna senoidal o exponencial. Esto les permitirá contextualizar su campo de acción, generalizar aplicaciones y emprender acciones creativas de desarrollo de sistemas automatizados. Este programa centra su contenido en la respuesta a la frecuencia de los circuitos eléctricos y nos introduce al conocimiento general de los sistemas eléctricos de potencia, considerando la importancia que tienen los circuitos acoplados para facilitar la transmisión, distribución, consumo de la energía eléctrica y su utilidad en los dispositivos o aparatos electrónicos, como lo son los propios controladores lógicos programables de los Controles automatizados. Los cursos que anteceden a esta asignatura son: Electricidad y magnetismo, cálculo vectorial; los consecuentes modelado de sistemas y teoría de los circuitos II y, como cursos colaterales se tienen análisis numérico y variable compleja 4 transformada de Fourier y Z. OBJETIVO DE LA ASIGNATURA El alumno relacionará los modelos matemáticos que describen los fenómenos en los circuitos en estado transitorio y de las corrientes constantes, senoidales y exponenciales operados bajo el principio de frecuencia compleja. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS ASIGNATURA: Teoría de Circuitos II No. UNIDAD: I NOMBRE: CLAVE: HOJA: 3 DE: 10 Respuesta transitoria OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno aplicará los modelos matemáticos que describen el comportamiento físico de los inductores asimismo la transferencia de energía, en transitorios de primer orden, en donde el tiempo actúa como variable independiente. No. TEMA HORAS TEMAS 1.1 1.1.1 1.1.2 1.1.3. 1.1.3.1. 1.1.3.2. 1.1.3.3. 1.1.3.4. 1.2. 1.2.1 1.2.2. 1.2.2.1. 1.2.2.2. 1.2.2.3. 1.2.2.4. Circuitos RC Introducción Respuesta a una excitación Respuesta natural de circuitos RC Respuesta referida a la tensión Respuesta referida a la corriente Respuesta referida a la potencia Respuesta referida a la energía Circuitos RL Respuesta a una excitación Respuesta natural de circuitos RL Respuesta referida a la tensión Respuesta referida a la corriente Respuesta referida a la potencia Respuesta referida a la energía 1.3 1.3.1. 1.3.2. 1.3.3. 1.3.4. 1.3.5. 1.3.6. 1.3.7. 1.3.8. Circuito RLC Respuesta a un escalón unitario Respuesta natural, Respuesta bajo amortiguada Respuesta sobre amortiguada Respuesta a una senoide Respuesta forzada Análisis virtual de transitorios, usando la PC Medición de transitorios usando el Osciloscopio CLAVE BIBLIOGRÁFICA T P 3.0 3.0 EC 1.5 1B, 2C, 3B, 4C, 5B, 6B, 7C, 9C. 4,5 6.0 1B, 2C, 4C, 5B, 6B, 7C, 9C 3.0 1.5 1B, 2C, 3B, 4C, 5B, 6B, 7C, 9C ESTRATEGIA DIDÁCTICA • Interactuar con el profesor y atender sus indicaciones: tareas, discusión, investigación -Alternar el trabajo individual con el trabajo grupal -Trabajar simulaciones -Relación práctica-teoría -Trabajo extraclase. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN • Examen del periodo -Reporte de práctica -Evaluación exploratoria (experimentar, verificar, hipótesis, ensayo-error). INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS ASIGNATURA: Teoría de los Circuitos II No. UNIDAD: II NOMBRE: CLAVE: HOJA: 4 DE: 10 Frecuencia compleja OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno empleará las funciones constantes, senoidal y exponencial bajo un mismo operador denominado frecuencia compleja s, para simplificar los procedimientos de análisis de la respuesta de los circuitos en estados estacionarios y transitorios No. TEMA 2.1. 2.1.1. 2.1.2. 2.1.3. 2.1.4. 2.1.5. 2.2.6. 2.2.7. 2.2.8. 2.2.9. TEMAS Frecuencia compleja El concepto de frecuencia compleja Función excitatriz senoidal amortiguada Función de transferencia impedancia Z(s) y Admitancia Y(s) y H(s) Diagramas de Bode Diagramas de polos y ceros y el plano s El plano de frecuencia compleja La respuesta natural y el plano s Analogía de la lámina elástica para H(s) Análisis por computadora de circuitos análogos HORAS T P 12.0 9.0 EC 1.5 CLAVE BIBLIOGRÁFICA 1B, 2C, 3B, 4C, 7C, 9C ESTRATEGIA DIDÁCTICA • Investigar, elaborar y verificar hipótesis y aplicar estrategias de ensayo-error en la resolución de los problemas en la construcción de los propios aprendizajes • Interacción práctica-teoría • Desarrollo de las habilidades cognitivas del sujeto y trabajo extraclase. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Primer examen departamental Reporte de práctica Ejercicios y trabajos de investigación. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS ASIGNATURA: Teoría de los Circuitos II No. UNIDAD: III NOMBRE: CLAVE: HOJA: 5 DE: 10 Respuesta a la frecuencia OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno examinará la respuesta de los circuitos RLC al variar la frecuencia de la fuente y de los circuitos dependientes de la frecuencia, circuitos filtros, para ver la variabilidad de la impedancia al variar la frecuencia. No. TEMA 3.1. 3.1.1 3.1.2. 3.1.3. 3.1.4. 3.1.4.1 3.1.4.2. 3.1.4.3 3.1.4.4. 3.1.4.5. 3.1.4.6. 3.1.4.7. 3.1.4.8. 3.1.4.9. 3.1.5. 3.2. 3.2.1. 3.2.2. 3.2.3. 3.2.4. 3.2.5. 3.2.6. TEMAS Respuesta a la frecuencia Respuesta en frecuencia de los circuitos RL y RC Circuito resonante en paralelo Circuito resonante en serie Características de los circuitos resonantes Frecuencia de resonancia Razón de ganancia Factor de calidad Frecuencia a una respuesta de 0,707 (frecuencia de corte) Ancho de banda Curva de selectividad para los circuitos resonantes en paralelo El factor de potencia en el punto de resonancia Impedancia en el punto de resonancia Transferencia de energía en los circuitos resonantes Análisis por computadora de las curvas de resonancia Filtros Filtro RC pasa bajas Filtro RC pasa altas Filtros pasa banda Filtros de banda de atenuación Filtros de doble sintonía Análisis por computadora de la respuesta en frecuencia de los filtros HORAS CLAVE BIBLIOGRÁFICA T P 4.5 3.0 EC 4.5 1B, 2C, 3B, 4C, 7C, 9C 4,5 3.0 1B, 2C, 3B, 4C, 7C, 9C. ESTRATEGIA DIDÁCTICA • Relación práctica-teoría - Desarrollar la observación y análisis -Solucionar problemas -Investigar, elabora y verificar hipótesis -Trabajo extraclase. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN • Examen del periodo -Reporte de práctica de laboratorio. -Participación de manera individual y colaborativa. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS ASIGNATURA: Teoría de los Circuitos II No. UNIDAD: IV NOMBRE: CLAVE: HOJA: 6 DE: 10 Transformada de laplace OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno explicará el comportamiento de los circuitos lineales de parámetros distribuidos en circuitos de nodos y mallas múltiples y en circuitos transitorios con fuentes de variación de señal de mayor grado de dificultad que los circuitos simples. Aplicará el concepto de función de transferencia como una herramienta para de analizar la respuesta senoidal en estado permanente, cuando varía la frecuencia de la fuente. No. TEMA 4.1 4.1.1. 4.1.2. 4.1.3. 4.1.4. 4.1.5. 4.1.6. 4.1.7. 4.1.8. 4.1.9. 4.1.10. 4.1.11 TEMAS Transformada de Laplace Definición de la transformada de Laplace La función escalón La función impulso Transformadas funcionales Transformadas operacionales Transformadas inversas Polos y ceros de F(s) Teoremas del valor inicial y del valor final Elementos de circuitos en el dominio s Análisis de circuitos en el dominio s Análisis por computadora de la transformada de Laplace. HORAS T P 6.0 3.0 EC 3.0 CLAVE BIBLIOGRÁFICA 1B, 2C, 3B, 4C, 7C, 9C ESTRATEGIA DIDÁCTICA • Utilizar diversas técnicas de aprendizajes acordes con los propios estilos cognitivos que consideren el posible uso de diversas técnicas de estudio y materiales didácticos • Interacción práctica-teoría • Trabajar simulaciones • Trabajo extraclase. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN • Segundo examen departamental • Reporte de prácticas de laboratorio • Evaluación dinámica. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS ASIGNATURA: Teoría de los Circuitos II No. UNIDAD: V NOMBRE: CLAVE: HOJA: 7 DE: 10 Circuitos Acoplados Magneticamente OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno examinará la inductancia mutua que existe entre bobinas de dimensiones iguales o diferentes para comprender la operación del transformador. No. TEMA 5.1. 5.1.1. 5.1.2. 5.1.3. 5.1.4. 5.1.5. 5.1.6. 5.1.7. 5.1.8. 5.1.9. 5.1.10. TEMAS HORAS T P EC 9.0 12.0 9.0 Los transformadores Introducción. Inductancia mutua Conexión en serie de bobinas mutuamente acopladas. Transformadores con núcleo de hierro Transformadores con núcleo de hierro La impedancia reflejada y la potencia. Circuito equivalente (Transformadores con núcleo de hierro). Las consideraciones de frecuencia. Transformadores con núcleo de aire. El transformador ideal. El transformador como aislador. Transformador con derivaciones acopladas magnéticamente ESTRATEGIA DIDÁCTICA • Desarrollo de las habilidades cognitivas del sujeto • Aprendizaje guiado • Relación de la práctica con la teoría • Desarrollar la observación y análisis • Trabajo extraclase. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN • Examen del periodo • Reporte de práctica • Participación individual y por equipo. CLAVE BIBLIOGRÁFICA 1B, 2C, 3B, 4C, 7C, 9C. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS ASIGNATURA: Teoría de los Circuitos II No. UNIDAD: VI NOMBRE: CLAVE: HOJA: 8 DE: 10 Circuitos Trifásicos OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno examinará los parámetros eléctricos de los sistemas trifásicos balanceados y su beneficio en la transmisión de energía eléctrica. No. TEMA 6.1. 6.1.1. 6.1.2. 6.1.3. 6.1.4. 6.1.5. 6.1.6. 6.1.7. TEMAS Circuitos trifásicos balanceados Tensiones trifásicas Análisis de circuitos estrella-estrella Análisis de circuitos estrella-delta Calculo de potencia en circuitos trifásicos balanceados Medición de la potencia promedio en circuitos trifásicos Simular circuitos acoplados a través de la PC Prever respuesta de circuitos acoplados no presénciales con la PC. ESTRATEGIA DIDÁCTICA • Trabajar simulaciones • Trabajo extraclase • Buscar causa y efecto, y saber relacionarlas • Interacción práctica con la teoría. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN • Tercer examen departamental • Reporte de práctica de laboratorio • Diseño virtuales • Participación individual y por grupo. HORAS T P 7.5 15.0 EC 6.0 CLAVE BIBLIOGRÁFICA 1B, 2C, 3B, 4C, 7C, 9C. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS ASIGNATURA: Teoría de los Circuitos II CLAVE: HOJA: 9 DE: 10. RELACIÓN DE PRÁCTICAS PRACT. No. 1 2 3 4 NOMBRE DE LA PRÁCTICA Respuesta transitoria Simulación virtual respuesta transitoria Frecuencia compleja de la UNIDAD DURACIÓN I 3.0 LUGAR DE REALIZACIÓN Laboratorio I 6.0 Pesado I II 3.0 De la carrera De I.C.A. II 6.0 5 Análisis por PC de la respuesta de circuitos resonantes serie y paralelo. Resonancia en serie y paralelo III 3.0 6 Filtros III 3.0 7 Leyes de Kirchhoff en el dominio s Simulación virtual de circuitos acoplados. IV 3.0 V 6.0 9 Inductancia mutua. V 3.0 10 Transformador, método directo e indirecto. V 3.0 11 Medición de corrientes y tensiones en circuitos trifásicos delta y estrella. VI 6.0 12 Medición de potencia trifásica en circuitos delta y estrella. VI 3.0 13 Interpretación computarizada de circuitos para la calidad de la energía. VI 6.0 8 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS ASIGNATURA: Teoría de los Circuitos II PERIODO UNIDAD CLAVE: HOJA: 10 DE: 10 PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN 1º I , II Exámenes departamentales (tres) 50%, prácticas, reportes, trabajos de investigación y participación 50%. 2º III , IV Para tener derecho al promedio de calificaciones debe cumplir con el 80% de asistencia y haber aprobado el 80% de las prácticas. 3º V , VI CLAVE B 1 X 2 3 X X 4 X 5 X 6 X 7 8 X X 9 10 11 C X X X BIBLIOGRAFÍA Edminister, J, A, Nahvi, M., Circuitos Eléctricos, tercera edición, Mc Graw Hill Interamericana, España, 1997. Hayt Jr, William, H, y Kemmerly, Jack E., Análisis de Circuitos en Ingeniería, quinta edición, Mc Graw Hill, México, 1997. Nilsson, James W., Circuitos Eléctricos, sexta edición, Printice Hall, México, 2001. Boylestad, Roberto L, Análisis Introductorio de Circuitos, octava impresión, Trillas, México, 1997. Martínez J., A., Electrotecnia I, Circuitos Eléctricos de Corriente Directa, ESIME-IPN, 2003 Jiménez G., R., F., Análisis de Circuitos Eléctricos, IPN Limusa, 1995 Cogdell, J., R., Fundamentos de Circuitos Eléctricos, Prentice may, 2000 Baez, L., D., PSpice, Análisis de Circuitos por Computadora, Alfaomega, 1995 Dorf, R., C., Circuitos Eléctricos, Introducción al Análisis y Diseño, 2ª. Edición. Alfaomega, 1995 Sistema Internacional de Unidades, CENAM, México, 2000 Normas Oficiales Mexicanas INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA 1. DATOS GENERALES ESCUELA: Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica CARRERA: Ingeniería en Control y Automatización ÁREA: BÁSICAS C. INGENIERÍA ACADEMIA: Ingeniería Eléctrica ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO: SEMESTRE 4° D. INGENIERÍA C. SOC. y HUM. ASIGNATURA: Teoría de los Circuitos II Ingeniero Electricista, Electrónico o en Control y Automatización preferentemente con estudios de posgrado en el área. 2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA: El alumno relacionará los modelos matemáticos que describen los fenómenos en los circuitos en estado transitorio y de las corrientes constantes, senoidales y exponenciales operados bajo el principio de frecuencia compleja. 3. PERFIL DOCENTE: CONOCIMIENTOS • Teórico- prácticos sobre principios y leyes que rigen el comportamiento de los circuitos eléctricos aplicado a redes, para su análisis y diseño, empleando herramientas matemáticas y computacionales a partir de modelos matemáticos y/o físicos EXPERIENCIA PROFESIONAL • En análisis y diseño de circuitos eléctricos aplicados al área de ing. Eléctrica y/o electrónica, desde el punto de vista teórico-experimental haciendo uso de paquetería asociada a nivel de computadora personal como apoyo. • Deseable con experiencia docente ELABORÓ Ing. Antonio Arellano Aceves PRESIDENTE DE ACADEMIA HABILIDADES • Facilidad de comunicación y expresión • Motivación • Creativo REVISÓ Ing. Guillermo Santillan Guevara SUBDIRECTOR ACADÉMICO ACTITUDES • • • • • Ética Responsable Respetuoso Gusto por la docencia Dispuesto a una superación y actualización continua y constante AUTORIZÓ Dr. Alberto Cornejo Lizarralde DIRECTOR DEL PLANTEL FECHA: marzo-2004
