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Guía RAE Ingeniería Eléctrica ENERO 2013

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Índice

Presentación 3

Antecedentes 4

¿Qué evalúa el examen? 5

Componentes, estructura y ejemplos 5

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Presentación

Estimado/a estudiante

Los exámenes de fin de carrera, son evaluaciones académicas de resultados de

aprendizaje de carácter oficial y obligatorio, su aprobación forma parte de los

requisitos de titulación establecidos en el Reglamento del Plan de Contingencia para

las y los estudiantes de las universidades y escuelas politécnicas suspendidas

definitivamente por el CEAACES (Resolución RPC-SE-02-N°004-2012 y RPC-SE-

019-No.068-2012).

Con el propósito de apoyar tú proceso de preparación, con la participación de la

comunidad académica, hemos elaborado esta guía metodológica la cual contiene una

descripción de lo que evalúa cada examen, sus componentes, estructura y ejemplos.

Afectuosamente,

COORDINACIÓN PLAN DE CONTINGENCIA

CONSEJO DE EDUCACIÓN SUPERIOR

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Antecedentes

En el último quinquenio el Gobierno y el Estado ecuatoriano le han conferido a la

educación superior un rol fundamental en el logro del buen vivir y en el cambio de la

matriz productiva; en virtud de lo cual, se viene impulsado de forma sostenida un

amplio proceso de fortalecimiento de la calidad, de la excelencia, de la pertinencia y

democratización de la educación superior.

Como parte de los procesos de fortalecimiento de la calidad y en cumplimiento de la

Disposición Transitoria Tercera de la Ley Orgánica de Educación Superior, el 11 de

abril de 2012, el Consejo de Evaluación, Acreditación y Aseguramiento de la

Calidad de la Educación Superior (CEAACES) resolvió la suspensión definitiva de

14 universidades y escuelas politécnicas que no cumplieron los parámetros de

calidad de la educación superior.

Con el propósito de garantizar la continuidad de los estudios regulares de las y los

estudiantes de las universidades y escuelas politécnicas suspendidas definitivamente

por el CEAACES, el Consejo de Educación Superior a partir del momento de la

suspensión, implementó el Reglamento del Plan de Contingencia, aprobado el 25 de

Febrero de 2012 mediante Resolución RPC-SE-02-N°004-2012.

Entre los mecanismos de continuidad de estudios, a los "estudiantes de último año o su

equivalente" de las carreras técnicas, tecnológicas y de tercer nivel se les ofrece la

posibilidad de culminar sus estudios en la institución de origen. De acuerdo al

artículo 18 del Reglamento del Plan de Contingencia y del artículo 2 de la

Resolución RPC-SO-018-NO.130-2012, las y los estudiantes que demuestren un

avance del proyecto de tesis o titulación menor al 60%; quienes egresaron antes del

12 de abril de 2010 y quienes aún no aprueban la totalidad de las materias del plan de

estudio, debían matricularse y aprobar el seminario de culminación de carrera, en el

cual el trabajo de titulación o graduación es reemplazado por un examen de fin de

carrera, que ha sido diseñado por el CEAACES en coordinación con el CES, con el

aporte de las administración temporales de las instituciones de educación superior

suspendidas y con la participación de la comunidad académica (RPC-SE-019-No.

068-2012).

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¿Qué se evalúa?

La estructura general para el exámen de Ingeniería Eléctrica en Sistemas de Potencia y Control, considera cuatro componentes que agrupan las competencias que debe tener las y los ingenieros para diseñar sistemas, componentes o procesos que cumplan con especificaciones, para representar, interpretar y modelar fenómenos y procesos, para resolver problemas de ingeniería a partir de la aplicación de las ciencias naturales y ciencias básicas, utilizando un lenguaje lógico y simbólico y, para planear y gestionar proyectos en el área de su competencia.

Se espera que las y los estudiantes demuestren el desarrollo de competencias

derivadas de su formación tanto de en ciencias básicas como en el campo profesional. Se pondrá énfasis en los conceptos y criterios de ingeniería desde el punto de vista cualitativo más que cuantitativo.

Componentes

A. Componentes y referentes conceptuales a evaluar La prueba evalúa cuatro componentes que integran competencias que se esperan de

las y los estudiantes que egresan de los programas de Ingeniería Eléctrica. Estos componentes se sustentan áreas básicas y específicas de la ingeniería eléctrica, las cuales están organizadas en referentes conceptuales que responden a los campos de formación en ciencias básicas, en ciencias de la ingeniería y en el campo profesional. A continuación de describen los componentes y los referentes conceptuales.

Componentes Modelamiento de fenómenos y procesos Se entiende como la capacidad para construir y utilizar esquemas teóricos,

generalmente utilizando modelos matemáticos, de un sistema o de una realidad compleja, que se elabora para facilitar su comprensión, análisis, aplicación y el estudio de su comportamiento.

Resolución de problemas, mediante la aplicación de las ciencias naturales y las matemáticas utilizando un lenguaje lógico y simbólico

Se entiende como la capacidad para resolver problemas y proponer soluciones a

cualquier situación planteada, sea en un contexto real o hipotético; requiere de pensamiento reflexivo y un razonamiento lógico de acuerdo con un conjunto de definiciones, axiomas y reglas. Esta competencia se pretende lograr a través de las ciencias básicas, para ello se requiere una fundamentación conceptual muy sólida en las matemáticas y las ciencias naturales (física, química).

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Diseño de sistemas, componentes o procesos que cumplan con especificaciones

Es la capacidad para aplicar el análisis y el cálculo para encontrar las soluciones más

adecuadas desde el punto de vista técnico y económico; para determinar características, aplicar sistemas y procesos que permitan encontrar las mejores alternativas; lograr el óptimo aprovechamiento de materiales y recursos, que aseguren la sostenibilidad y la sustentabilidad del medio ambiente; llevar a cabo las acciones y efectos derivados de administrar responsablemente los resultados, con el propósito de lograr los objetivos propuestos.

Planeación, diseño, evaluación del impacto y gestión de proyectos de

ingeniería eléctrica Es la capacidad para identificar los aspectos relevantes de un proyecto eléctrico, para

analizar y establecer las mejores prácticas aplicables en un proyecto y dimensionar sus impactos de tipo social, ambiental y económico. Involucra también la formulación de proyectos y proponer nuevas formas de administrar proyectos de ingeniería.

Referentes conceptuales a evaluar

Campo de Formación Básica

Este campo hase referencia al conjunto de conocimientos de las ciencias

naturales y ciencias básicas que proporcionan los conocimientos teóricos y

prácticos para fundamentar la formación en ingeniería. Comprende los

temas referentes a la matemática, la física y la química. Así mismo, se

evalúa el componente económico-administrativo que está orientado hacia la

ubicación de la experiencia personal y universitaria en un contexto socio-

económico, administrativo-financiero, técnico y científico. Así, las áreas y

subáreas que se evalúan en este campo son:

Área de Matemáticas: Incluye las subáreas de álgebra, trigonometría, geometría

analítica, álgebra lineal, cálculo diferencial, cálculo vectorial, cálculo integral, y

ecuaciones diferenciales.

Área de Física: Incluye las subáreas de física mecánica, eléctricidad y magnetismo

y física moderna.

Área Económico Administrativa: Incluye las subáreas de fundamentos de

economía, administración y análisis financiero.

Campo de Formación en Ciencias Básicas de Ingeniería Comprende el conjunto de leyes y conocimientos científicos, derivados de las ciencias

naturales y ciencias básicas, que permiten la conceptualización y el análisis de los

problemas de ingeniería. Este campo es el puente necesario para la

fundamentación de la Ingeniería Profesional y Aplicada. Las áreas y subáreas que

integran este campo son

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Área de Circuitos Eléctricos: Incluye las subáreas de circuitos eléctricos en

corriente continua y circuitos eléctricos de corriente alterna.

Área de Campos Electromagnéticos: Incluye las subáreas de electrostática,

magnetostática y campos variables en el tiempo.

Área de Conversión de Energía Electromecánica: Incluye las subáreas de

conversión de energía electromecánica, transformadores, máquinas de corriente

continua, máquinas sincrónicas y asincrónicas.

Área de Electrónica: Incluye las subáreas de dispositivos y circuitos electrónicos

básicos, electrónica analógica, electrónica digital y electrónica de potencia.

Área de Ciencias Especiales: Incluye las subáreas de análisis numérico, estática,

probabilidad y estadística.

Campo de Formación Profesional Hace referencia al conjunto de conocimientos básicos de un campo específico de la

ingeniería mediante los cuales es posible desarrollar conocimientos y tecnología

que permiten la aplicación de los principios de las ciencias básicas de la Ingeniería

Eléctrica. Comprende el saber hacer de la profesión e involucra las siguientes

áreas:

Área de Sistemas de Potencia: Incluye las subáreas de análisis de sistemas de

potencia en estado estable, análisis de sistemas de potencia en estado transitorio

y análisis de sistemas de potencia en estado dinámico.

Área de Líneas y Redes: Incluye las subáreas de líneas de transmisión y

distribución.

Área de Control: Incluye las subáreas de sistemas automáticos de control.

Área de Centrales y Subestaciones: Incluye las subáreas de subestaciones,

generación de energía eléctrica y protecciones eléctricas.

Porcentaje de preguntas

De acuerdo con lo anterior, cada componente relaciona una serie de referentes

conceptuales específicos que son necesarios para abordar las preguntas de la

prueba. Así, la estructura que se presenta en la tabla siguiente muestra el

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porcentaje de preguntas por cada uno de estos cuatro componentes y las subáreas

que los conforman.

Ejemplos de preguntas

En el examen se utilizan preguntas de selección múltiple con única respuesta. Este

tipo de preguntas consta de un enunciado y cuatro opciones (A, B, C, D). Sólo una

de estas opciones responde correctamente la pregunta. El estudiante debe

Componentes de la prueba Contenidos referenciales Porcentaje de

preguntas en la prueba

Modelamiento de fenómenos y procesos

Matemáticas Física y química Circuitos eléctricos Campos electromagnéticos Conversión de energía electromecánica Electrónica Ciencias especiales

15%

Resolución de problemas, mediante la aplicación de las ciencias naturales y las matemáticas utilizando un lenguaje lógico y simbólico

Matemáticas Física Circuitos eléctricos Campos electromagnéticos Conversión de energía electromecánica

Electrónica Ciencias especiales Sistemas de potencia Líneas y redes Centrales y subestaciones Ciencias económico administrativas

20%

Diseño de sistemas, componentes o procesos que cumplan con especificaciones deseadas

Circuitos eléctricos Campos electromagnéticos Conversión de energía electromecánica Electrónica Ciencias especiales Sistemas de potencia Líneas y redes Centrales y subestaciones

40%

Planeación, diseño, evaluación del impacto (social, económico, tecnológico y ambiental) y gestión proyectos de ingeniería electrónica

Sistemas de potencia Líneas y redes Centrales y subestaciones Ciencias económico administrativas

25%

TOTAL 100%

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seleccionar la respuesta correcta y marcarla en su hoja de respuestas rellenando el

óvalo correspondiente a la letra que identifica la opción elegida.

Ejemplo 1

En un sistema eléctrico de potencia monofásica se han definido los siguientes

valores de base:

Base de Potencia = 1000 kVA

Base de Voltaje = 10 kV

Si la corriente en un circuito de este sistema es de 2 p.u., la corriente real es

A. 100 kA

B. 200 mA

C. 200 A

D. 100 A

Respuesta correcta: C

Resolución de la Pregunta: La base de corriente es igual a la base de potencia

dividida por la base de voltaje, esto es: 1000 kVA/10 kV = 100 A. La corriente

de 2 p.u. es entonces 100 x 2 = 200A

Ejemplo 2

En un laboratorio se tiene un componente compuesto por dos bobinas

acopladas como se muestra en la figura; se conoce la ubicación de los puntos

(dirección del acople). Usando la medida del valor de autoinducción, se

obtiene:

Con 3 y 4 abiertos, entre 1 y 2 una inductancia L.

Con 1 y 2 abiertos, entre 3 y 4 una inductancia L.

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Si se tiene coeficiente de acople unitario y se conecta 2 -3, la inductancia medida

entre 1 y 4 debe ser:

A. 0

B. L

C. 2L

D. 4L

Respuesta correcta: D

Resolución de la Pregunta: 4L, ya que equivale a construir una inductancia con 2N

vuelta y la inductancia es proporcional al número de vueltas al cuadrado.

Ejemplo 3

En la figura se muestra la curva característica de una máquina síncrona

(sincrónica) ubicada en una central generadora del Sistema Nacional

Interconectado.

La curva representa la corriente de armadura en función de la corriente de

excitación; comúnmente denomina curva en “V” de la máquina. Con base en

esta característica se puede afirmar que:

A. La corriente de armadura en una máquina síncrona (sincrónica) siempre

es mayor que cero.

B. El factor de potencia de la máquina depende de la corriente de excitación.

C. Cuando la máquina está sobre-excitada la corriente de armadura tiende a

infinito.

0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 10.9

0.91

0.92

0.93

0.94

0.95

0.96

0.97

0.98

0.99

1

Corr

iente

de a

rmadura

- Ia

Corriente de excitación - If

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D. La corriente de armadura es inversamente proporcional a la corriente de

excitación.

Respuesta correcta: B

Resolución de la Pregunta: La curva en “V” de una máquina síncrona (sincrónica)

se construye manteniendo constantes la tensión y la potencia activa de la

máquina. La curva muestra que la corriente de armadura cambia al modificar

la corriente de excitación y por tanto la potencia aparente de la máquina

también varía en función de la corriente de excitación. En consecuencia, dado

que la potencia activa es constante, el factor de potencia de la máquina

depende de la corriente de excitación.

Ejemplo 4

Se tiene una red trifásica equilibrada (balanceada), de secuencia positiva, que

alimenta una carga compuesta por tres impedancias iguales conectadas en Y

(estrella). Se puede considerar que los conductores que unen la carga con la

red son ideales. En esas condiciones la corriente por el neutro es nula (igual a

cero) debido a que:

A. En el enunciado no se hace explícita la existencia de un conductor que

una el neutro de la carga con el de la fuente.

B. La ley de corrientes de Kirchhoff aplicada en el punto neutro obliga a que

la suma de las corrientes sea igual a cero.

C. El circuito está equilibrado (balanceado), por lo que la suma de las

corrientes de fase es igual a cero.

D. La fuente se considera ideal e independiente, está equilibrada

(balanceada) y es de secuencia positiva.

Respuesta correcta: C

Resolución de la Pregunta: Cuando a una fuente equilibrada (balanceada) se le

conecta una carga equilibrada, a través de conductores idénticos, el circuito

queda equilibrado (balanceado). En circuitos trifásicos equilibrados las

corrientes de fase son iguales en magnitud y están desfasadas entre sí 120

grados, por lo que su suma es igual a cero.

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Ejemplo 5

En el circuito de la figura las capacitancias de los dos condensadores son

iguales C1=C2=C. Un interruptor S está abierto, el condensador C1 está

cargado a un voltaje V y el condensador C2 está descargado:

Después de cerrar el interruptor S:

A. La tensión en los dos condensadores será V/2 y la carga almacenada en

cada condensador será igual a la carga almacenada en C1.

B. La carga almacenada en los dos condensadores será la misma y la

energía almacenada en el sistema será igual a la energía inicial

almacenada en C1.

C. La tensión en los dos condensadores será igual a la tensión inicial V en el

condensador C1 y la energía será conservada.

D. La carga en cada condensador será igual a la mitad de la carga inicial

almacenada en el condensador C1 y la energía total almacenada en el

sistema será la mitad de la energía inicial almacenada en C1.

Respuesta correcta: D

Resolución de la Pregunta: Circuito abierto:

Carga: q. Energía almacenada en el sistema: 12 q2

C1 = E

Circuito cerrado:

Carga: q/2 + q/2. Energía almacenada en el sistema: 1

2 (q/2)2

C1 +

1

2 (q/2)2

C1 = E/2

Ejemplo 6

Un contactor electromecánico tiene los siguientes componentes: núcleo

ferromagnético, bobina de corriente, contactores principales, contactores

S

C1 C2

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auxiliares y la carcasa. La espira de sombra que se coloca en el núcleo

cumple la función de

A. limitar la corriente de la bobina.

B. disminuir las pérdidas del contactor.

C. anular la vibración mecánica.

D. estabilizar el voltaje en la bobina.

Respuesta correcta: C

Resolución de la Pregunta: El cruce por cero de la señal de corriente de

alimentación provoca vibraciones mecánicas que pueden llegar a destruir el

contactor. La espira de sombra produce un flujo de oposición que atenúa la

vibración mecánica.