UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
PROGRAMA ANALÍTICO FIME
Nombre de la unidad de aprendizaje:Máquinas Eléctricas III Frecuencia semanal:. 3 Horas presenciales: 43 Horas de trabajo extra-aula: 12 Modalidad: Presencial Período académico: Semestral, Etapa avanzada (7° al 8° semestre) Unidad de aprendizaje: (x ) obligatoria ( ) optativa Área curricular, según el nivel educativo: Licenciatura () Formación básica profesional ( x ) Formación profesional ( ) Formación general Universitaria ( ) Libre elección Créditos UANL: 3 Fecha de elaboración: 11 Marzo 2014 Fecha de la última actualización: 14 Febrero 2016 Responsables del diseño: M. C. Juan Rafael Cervantes Vega M. C. Jorge Alberto Gutiérrez Espinosa
M. C. Edgar Alejandro Pérez Olivo M. C. Félix González Estrada M. C. Noé Ponce Meraz
Presentación:
Esta unidad de aprendizaje se divide en 4 unidades temáticas. La primera unidad temática describe la máquina síncrona: tipos, detalles constructivos, los sistemas de excitación y su aplicación principal; la segunda unidad temática describe al generador síncrono: su circuito equivalente y cálculo de parámetros, diagrama fasorial, curvas características de operación, la característica de operación de forma aislada y sincronizada al sistema eléctrico de potencia; la tercera unidad temática describe al motor síncrono: principio de funcionamiento, circuito equivalente, diagrama fasorial, curvas características de operación; la cuarta unidad temática describe la máquina síncrona en un estado transitorio, tal como lo es el corto circuito donde se describirán las reactancias que limitarán la corriente de corto circuito respecto al tiempo.
Propósito:
Esta unidad de aprendizaje se justifica por la importancia de la Máquina Síncrona: el conocimiento de la Máquina Síncrona es de
fundamental importancia ya que la mayor parte de la Generación de la Energía Eléctrica proviene de los generadores síncronos, así como la utilización de la máquina síncrona como motor en los procesos industriales. La finalidad de la unidad de aprendizaje es que el estudiante adquiera el conocimiento suficiente para comprender el funcionamiento de las máquinas síncronas como generador y como motor, para operarlas dentro de los límites de buen funcionamiento y tener la capacidad de identificar un funcionamiento inadecuado de las mismas.
Competencias del perfil de egreso: a. Competencias de la Formación General Universitaria a las que contribuye esta unidad de aprendizaje:
Esta unidad de aprendizaje contribuye al desarrollo de las siguientes competencias generales: Competencias instrumentales:
Utiliza los lenguajes lógico, formal, matemático, icónico, verbal y no verbal de acuerdo a su etapa de vida, para comprender, interpretar y expresar ideas, sentimientos, teorías y corrientes de pensamiento con un lenguaje ecuménico. (2)
Domina su lengua materna en forma oral y escrita con corrección, relevancia, oportunidad y ética adaptando su mensaje a la situación o contexto, para la transmisión de ideas y hallazgos científicos. (4)
Utiliza los métodos y técnicas de investigación tradicionales y de vanguardia para el desarrollo de su trabajo académico, el ejercicio de su profesión y la generación de conocimientos. (8)
Competencias personales y de interacción social
Practica los valores promovidos por la UANL: verdad, equidad, honestidad, libertad, solidaridad, respeto a la vida y a los demás, respeto a la naturaleza, integridad, ética profesional, justicia y responsabilidad, en su ámbito personal y profesional para contribuir a construir una sociedad sostenible. (11)
b. Competencias específicasdel perfil de egreso a las que contribuye la unidad de aprendizaje:
Identificar las partes principales de la máquina síncrona, así como la tecnología de fabricación de las mismas mediante el uso de los conceptos determinados para poder utilizar la máquina síncrona.
Identificar los límites de operación del generador síncrono conectado al sistema eléctrico de potencia interpretando las curvas características y de operación del generador síncrono para determinar la excitación necesaria para mantener el voltaje constante en las terminales del generador a diferentes capacidades de carga y Factor de potencia
Identificar los parámetros eléctricos y mecánicos de operación a los cambios de carga y de excitación interpretando las curvas características y de operación del motor síncrono para utilizar al motor síncrono para realizar correcciones del factor de potencia global en un sistema.
Identificar las reactancias y constantes de tiempo de la máquina síncrona en condiciones de corto circuito para calcular la corriente de cortocircuito, utilizando los datos que proporciona el fabricante de los equipos.
.
Representación gráfica Considerando el propósito, las competencias y el producto integrador de aprendizaje, bosquejar mediante una representación gráfica el proceso global de
construcción del aprendizaje, partiendo de la problematización del objeto de estudio de la unidad de aprendizaje, para desarrollar las competencias descritas y elaborar el producto integrador de aprendizaje
Competencias de la Unidad de
Aprendizaje
Instrumentales
Utiliza los lenguajes lógico, formal, matemático, icónico,
verbal y no verbal de acuerdo a su etapa de vida, para
comprender, interpretar y expresar ideas, sentimientos,
teorías y corrientes de pensamiento con un lenguaje
ecuménico. (2)Domina su lengua materna en forma oral y escrita con corrección, relevancia,
oportunidad y ética adaptando su mensaje a la situación o contexto,
para la transmisión de ideas y hallazgos científicos. (4)
Interacción
Social
Practica los valores promovidos por la UANL: verdad, equidad,
honestidad, libertad, solidaridad, respeto a la vida y a los demás,
respeto a la naturaleza, integridad, ética profesional,
justicia y responsabilidad, en su ámbito personal y profesional para contribuir a construir una
sociedad sostenible. (11)
Integradoras
Unidad temática#1: Máquinas síncronas Competencias particulares: Identificar las partes principales de las máquinas síncronas, así como la tecnología de fabricación de las mismas, utilizando la información vista en clase y la información en la web para conocer la función de cada parte y los materiales empleados en su construcción.
Elementos de Competencia
Evidencias de aprendizaje
Criterios de desempeño
Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos
Identificar las partes principales de las máquinas síncronas, así como la tecnología de fabricación de las mismas, utilizando la información vista en clase y la información en la web para conocer los materiales empleados en su construcción.
Dibujo de máquina eléctrica con partes identificadas
Se va a calificar:
Contenido o que haya
identificado correctamente las partes de la máquina síncrona.
Dibujo con partes a completar de las máquinas síncronas: Poner una presentación de la fabricación de los generadores síncronos, identifique las partes principales de la máquina.
Partes principales de las máquinas síncronas, tipos de máquinas síncronas y tipos de sistemas de excitación.
Curso de máquinas
síncronas o Gilberto
Enríquez Harper
o Limusa, 1983 - 342 páginas
Analysis of synchronous machines
o T. A. Lipo
SynchonousGenerators o Ion Boldea
Liga: http://www.nptel.ac.in/courses/IIT-MADRAS/Electrical_Machines_II/index.php
Unidad temática #2: Generador Síncrono Competencias particulares: Identificar los límites de operación del generador síncrono conectado al sistema eléctrico de potencia interpretando las curvas características y de operación del generador síncrono para determinar la excitación necesaria para mantener el voltaje constante en las terminales del generador a diferentes capacidades de carga y Factor de potencia Identificar los límites de operación del generador síncrono conectado al sistema eléctrico de potencia utilizando los conceptos y técnicas de solución de problemas expuestos en clase, para adquirir el conocimiento de operación en estado estable del generador síncrono operando de forma aislada y/o sincronizado al sistema eléctrico de potencia.
Elementos de Competencia
Evidencias de aprendizaje
Criterios de desempeño
Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos
Identificar los límites de operación del generador síncrono conectado al sistema eléctrico de potencia interpretando las curvas características y de operación del generador síncrono para determinar la excitación necesaria para mantener el voltaje constante en las terminales del generador a diferentes capacidades de carga y Factor de potencia
Problema de parámetros del generador
Se va a calificar la presentación y contenido del problema. En la presentación, que esté estructurado de forma clara con letra legible. En el contenido, que haya utilizado las fórmulas y metodología desarrollada en clase.
Aplicar un Problema en clase donde tengan que determinar los parámetros del generador, ejemplo: “Para un generador de 23,500 kva y 13800 v, 60 Hz, 2 polos, ra=0.002 y fp a 0.85, determinar: XI, Xa, Xd, Ma, RCCns y la regulación de voltaje cuando el generador trabaja al 100% y al 85% de su capacidad a fp de 0.8 inductivo, fp de 1 resistivo y fp de 0.8 capacitivo”. Pruebas realizadas: Curva Característica en Vacío.
Principios de
funcionamiento (Funcionamiento
como generador,
Forma de Onda de Voltaje, Sistemas
de Excitación,
Generador sin escobillas.), Circuito
equivalente y
diagrama fasorial (Circuito
equivalente por
fase, Análisis fasorial del
generador con una
carga inductiva,
Análisis fasorial del generador con una
carga capacitiva,
Maquina saturada.)
Curso de máquinas
síncronas
o Gilberto Enríquez Harper
o Limusa, 1983 - 342 páginas
Analysis of synchronous machines
o T. A. Lipo
Folleto de máquinas síncronas
o N. Ponce, A. Pérez
Liga: http://www.ustudy.in/node/704
Identificar los límites de operación del generador síncrono conectado al sistema eléctrico de potencia utilizando los conceptos y técnicas de solución de problemas expuestos en clase, para adquirir el conocimiento de operación en estado estable del generador síncrono operando de forma aislada y/o sincronizado al sistema eléctrico de potencia
Problema de curva de capabilidad de un generador
Se va a calificar la presentación y contenido del problema. En la presentación, que esté estructurado de forma clara con letra legible. En el contenido, que haya utilizado las fórmulas y metodología desarrollada en clase.
Aplicar un Problema en clase donde se tenga que elaborar la curva de capabilidad de un generador: “Para un generador de 16.67 MVA , 13,800 volts , Xd = 1.1 pu y fp= 0.9 trazar la Carta de Operación si el generador tiene una carga de 9 MW y está trabajando a un fp= 0.8 inductivo , localice el punto de operación . Cuál sería la potencia activa disponible de este generado”
Curvas
características de
operación
(Características en vacio,
Característica a
factor de potencia cero, Origen de la
Característica a
factor de potencia
cero, Características en
cortocircuito,
Triangulo de potier, Obtención del
Triangulo de potier,
Relación de
cortocircuito (RCC),
Determinación de
la reactancia síncrona Xd,
Determinación de
la regulación, Normas y
aplicaciones.)
Unidad temática #3: Motor Síncrono Competencias particulares: Identificar los parámetros eléctricos y mecánicos de operación a los cambios de carga y de excitación interpretando las curvas características y de operación del motor síncrono y los conceptos y técnicas de solución de problemas de motores síncronos para realizar correcciones del factor de potencia global en un sistema y adquirir el conocimiento de operación en estado estable del motor síncrono.
Elementos de Competencia
Evidencias de aprendizaje
Criterios de desempeño
Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos
Identificar los parámetros eléctricos y mecánicos de operación a los cambios de carga y de excitación interpretando las curvas características y de operación del motor síncrono y los conceptos y técnicas de solución de problemas de
Problema de corrección del factor de potencia usando un motor síncrono, contestado por el alumno en clase.
Se va a calificar la presentación y contenido del problema. En la presentación, que esté estructurado de forma clara con letra legible. En el contenido, que haya utilizado las fórmulas y metodología desarrollada en clase.
Aplicar un Problema en clase donde se utilice un motor síncrono para corregir el factor de potencia, calculando: a. La corriente total de carga y el factor de potencia cuando se usa el motor de inducción. b. La corriente total de carga y el factor de potencia usando el motor síncrono. c. El porcentaje de reducción de corriente de carga producida en (b) expresando como porcentaje de (a). d. La mejora del factor de potencia global.
Motor síncrono
(Generalidades,
Detalles constructivos,
Rotor de Polos
salientes, Ventajas del
motor síncrono.), Principios de
funcionamiento
(Funcionamiento
como motor,
Efecto el aumento de carga a
excitación
normal, Efecto el aumento de carga
en condiciones de
subexcitación, Efecto el aumento
Curso de máquinas
síncronas
o Gilberto Enríquez Harper
o Limusa, 1983 - 342 páginas
Analysis of synchronous machines
o T. A. Lipo
Folleto de máquinas síncronas
o N. Ponce, A. Pérez
Liga: http://www.ustudy.in/node/704
motores síncronos para realizar correcciones del factor de potencia global en un sistema y adquirir el conocimiento de operación en estado estable del motor síncrono.
de carga en
condiciones de sobreexcitación.)
Circuito
equivalente y
diagrama
fasorial (Circuito
equivalente, Diagrama fasorial
de un motor
síncrono no
saturado de rotor cilíndrico,
Diagrama fasorial
de un motor síncrono no
saturado de rotor
polos salientes.)
Curvas
características
de operación (Características
par-motor-
velocidad, Curva V del motor
síncrono, Cálculo
del ángulo de
carga y de la tensión generada
por fase, Motor
síncrono como corrector del
factor de
potencia, Par
desarrollo por fase,
Condensadores
síncronos, Calculo de la
mejora del factor
Unidad temática #4: Maquinas Síncronas en Corto Circuito Competencias particulares: Identificar las reactancias y constantes de tiempo de la máquina síncrona en condiciones de corto circuito para calcular la corriente de cortocircuito, utilizando los datos que proporciona el fabricante de los equipos, además de los conceptos y técnicas de solución de problemas expuestos en clase para adquirir el conocimiento de operación en estado transitorio de las máquinas síncronas.
de potencia,
método KW-KVAr, Motor
súper síncrono,
Normas y
aplicaciones.) Relevación y
Protección
(Relevador elemental,
Contactores,
Relevadores de
tiempo, Relevadores de
frecuencia
polarizada, Selección de
relevadores.)
Elementos de Competencia
Evidencias de aprendizaje
Criterios de desempeño
Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos
Identificar las reactancias y constantes de tiempo de la máquina síncrona en condiciones de corto circuito
Problema de cálculo de corriente de corto circuito en un generador en vacío.
Se va a calificar la presentación y contenido del problema. En la presentación, que esté estructurado de forma clara con letra legible. En el contenido, que haya utilizado las fórmulas
Aplicar un problema de cálculo de corriente de corto circuito en un generador en vacío, donde se los siguientes datos: la reactancia subtransitoria, reactancia transitoria, la reactancia síncrona.
Sistemas de
Arranque del
motor Síncrono (Métodos de
arranque, Inversor
de giro, Arrancadores del
tipo de pulso,
Circuitos de control para
Curso de máquinas
síncronas
o Gilberto Enríquez Harper
o Limusa, 1983 - 342 páginas
Analysis of synchronous machines
Evaluación integral de procesos y productos Evidencia Ponderación Examen MC 15 % Examen Ordinario 15%
para calcular la corriente de cortocircuito, utilizando los datos que proporciona el fabricante de los equipos, además de los conceptos y técnicas de solución de problemas expuestos en clase para adquirir el conocimiento de operación en estado transitorio de las máquinas síncronas
y metodología desarrollada en clase.
arrancadores
electromagnéticos automáticos, El
PFR,
Aplicaciones de
circuitos de control, Circuito
No. 1,Circuito
No. 2, Circuito No. 3.)
Motor de
inducción
monofásico (Detalles
constructivos,
Clasificación de los motores,
Inversión de giro,
Normas y aplicaciones)
o T. A. Lipo
Folleto de máquinas síncronas
o N. Ponce, A. Pérez
Liga: http://www.ustudy.in/node/704
Todo tipo de apoyo educativo, de equipamiento e infraestructura empleado en la adquisición del elemento de competencia. ¿Con qué se aprende? ¿Dónde se aprende? En qué ámbitos (aula, empresa, servicio, etc.)
Actividad 1 Dibujo con partes a completar de las máquinas síncronas 6% Actividad 2 Problema de parámetros del generador 6% Actividad 3 Problema de curva de capabilidad de un generador 6%
Actividad 4 Problema de corrección del factor de potencia usando un motor síncrono 6% Actividad 5 Problema de cálculo de corriente de corto circuito en un generador en vacío 6% Tareas 10% Asistencia 10% Producto Integrador 20% Producto integrador del aprendizaje de la unidad de aprendizaje: Al finalizar la unidad de aprendizaje el estudiante entregará una síntesis que contendrá una reflexión de lo que ha aprendido durante el transcurso del semestre, así mismo deberá incluir los problemas se desarrollaron durante el semestre como anexo del producto integrador. También se hará una crítica constructiva hacia el profesor con sugerencias para la mejora de la clase. Lo anterior se puede complementar con la simulación de los problemas en un software (Matlab o excell), donde por ejemplo para los problemas de generadores y motores síncronos, se realicen cambios de carga y de excitación, a solicitud del docente.
Fuentes de apoyo y consulta: Libro: Curso de Máquinas Síncronas
Autor: Gilberto Enríquez Harper Editorial: Limusa
Libro: Synchronous Generators. The Electric Generators Handbook
Autor: Ion Boldea Editorial: Taylor & Francis
Libro: Analysis of synchronous machines Autor: T. A. Lipo Editorial:
Tema: Generadores Sincrónicos Liga: http://www.electricmachinery.com/products-Synchronous-Generators.html Fecha última revisión: 14 Febrero 2016
Revista: IEEE Año: 2009
# de revista: Mes: Nombre del artículo: Recent Problems Experienced with Motor and Generator Windings Autor: G.C. Stone Fellow,M. SasicSenior,D. DunnSenior,I. CulbertSenior
Perfil del docente: El profesor debe poseer un nivel académico mínimo de maestría, así como ser competente en el manejo de los equipos de medición y contextos
pedagógicos que le permita fomentar ambientes de aprendizaje participativos para contribuir a la formación integral del estudiante.
Ficha bibliográfica del profesor: M. C. Juan Rafael Cervantes Vega
Ingeniero Mecánico Electricista
Coordinador General de Eléctrica.
Catedrático de FIME
M. C. Jorge Alberto Gutiérrez Espinosa
Ingeniero Mecánico Electricista
Jefe de Academia de Máquinas Eléctricas.
Catedrático de FIME
M. C. Edgar Alejandro Pérez Olivo
Ingeniero Mecánico Electricista
Catedrático de FIME
M. C. Noé Ponce Meraz
Ingeniero en Electrónica y Comunicaciones
Catedrático de FIME
M. C. Félix González Estrada
Ingeniero Mecánico Electricista
Catedrático de FIME