Fundamentos de Tecnología Eléctrica (2º ITIM) Programa detallado Tema 0 Corriente continua1 0.1. Magnitudes esenciales 0.1.1. Diferencia de potencial. Fuente de tensión. Convenio de signos 0.1.2. Corriente eléctrica. Fuente de corriente. Convenio de signos 0.1.3. Potencia y energía

0.2. Leyes fundamentales 0.2.1. 0.2.2. 0.2.3.

Ley de Ohm en corriente continua Ley de Joule Leyes de Kirchhoff

0.3. Técnicas básicas 0.3.1. 0.3.2. 0.3.3. 0.3.4. 0.3.5.

Conexión en serie Conexión en paralelo Divisor de tensión Reparto de corriente Equivalencia estrella-triángulo de resistencias

0.4. Teoría elemental de circuitos 0.4.1. 0.4.2. 0.4.3. 0.4.4.

Método de resolución por mallas Método de resolución por nudos Teoremas de Thévenin y Norton Teorema de superposición

Tema 1 Corriente alterna. 1.1. Regímenes de la corriente 1.1.1. 1.1.2. 1.1.3. 1.1.4.

Régimen estático Régimen permanente continuo Régimen permanente periódico Régimen transitorio

1.2. Definiciones 1.2.1. 1.2.2. 1.2.3. 1.2.4.

Valor máximo Periodo Frecuencia y pulsación Desfases

1.3. Valores estadísticos de funciones periódicas 1.3.1. 1.3.2. 1.3.3. 1

Valor medio Valor eficaz Valor medio de semionda alterna

Los contenidos empiezan por un “Tema 0” dedicado a la corriente continua que el alumno teóricamente ya ha estudiado en el bachillerato. Sin embargo, se recuerdan las definiciones fundamentales y las técnicas básicas de resolución de circuitos y se resuelven una serie de ejercicios característicos para afianzar los conceptos.

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Programa detallado

1.4. Relaciones u(t)-i(t) en elementos ideales 1.4.1. 1.4.2. 1.4.3.

Resistencia Condensador Bobina

1.5. Elementos combinados 1.5.1. 1.5.2.

Circuito RLC serie Circuito RLC paralelo

1.6. Potencia en corriente alterna senoidal 1.6.1. 1.6.2. 1.6.3. 1.6.4. 1.6.5. 1.6.6. 1.6.7.

Potencia instantánea Potencia activa Potencia reactiva Potencia aparente Factor de potencia Convenio de signos: criterios generador y receptor Potencias en los elementos ideales

1.7. Fasores y cálculo vectorial simbólico 1.7.1. Notación compleja 1.7.2. Álgebra fasorial 1.7.3. Aplicación a los sistemas eléctricos 1.7.3.1. Impedancia y admitancia complejas 1.7.3.2. Relaciones U − I en elementos ideales 1.7.3.3. Conexiones serie y paralelo 1.7.4. Potencia compleja 1.7.5. Ejemplos

1.8. Instalaciones monofásicas de potencia 1.8.1. 1.8.2. 1.8.3. 1.8.4. 1.8.5. 1.8.6. 1.8.7.

Sistemas eléctricos Valores nominales Conexión de elementos monofásicos Rendimiento Regulación Influencia del factor de potencia Mejora del factor de potencia

Tema 2 Medidas eléctricas. 2.1. Concepto de medida y errores 2.1.1. 2.1.2. 2.1.3. 2.1.4. 2.1.5.

Error absoluto y relativo Precisión, incertidumbre Causas de los errores Clase de precisión Sensibilidad y resolución

2.2. Revisión de los distintos tipos de instrumentos de medida 2.2.1. Instrumentos analógicos 2.2.1.1. Instrumentos de cuadro móvil 2.2.1.2. Instrumentos de hierro móvil 2.2.1.3. Instrumentos electrodinámicos 2.2.1.4. Otros instrumentos analógicos 2.2.2. Instrumentos digitales UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS

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Programa detallado

2.3. Medida de intensidades y tensiones 2.3.1. 2.3.2.

Conexión del voltímetro y error sistemático Conexión del amperímetro y error sistemático

2.4. Elementos reales de los circuitos eléctricos 2.4.1. 2.4.2. 2.4.3. 2.4.4.

Resistencias reales Bobinas reales Condensadores reales Bobinas con núcleo ferromagnético

2.5. Medida de resistencias e impedancias 2.5.1. Medida de resistencia 2.5.1.1. Con voltímetro y amperímetro 2.5.1.2. Con ohmímetro 2.5.2. Medida de impedancia 2.5.2.1. Método de los tres voltímetros 2.5.2.2. Método técnico de corriente alterna

2.6. Medida de potencia y energía. 2.6.1. 2.6.2. 2.6.3. 2.6.4.

Vatímetro electrodinámico Conexión y error sistemático Constantes de lectura Conexión del contador de inducción

Tema 3 Sistemas trifásicos. 3.1. Definiciones 3.1.1. 3.1.2. 3.1.3.

Sistema trifásico equilibrado Diagrama vectorial Secuencia de fases

3.2. Conexión en estrella 3.2.1. 3.2.2. 3.2.3. 3.2.4.

Sistemas trifilares y tetrafilares Tensiones simples o de fase Corrientes de fase o de línea Tratamiento del neutro

3.3. Conexión en triángulo 3.3.1. 3.3.2.

Tensiones compuestas o de línea Corrientes de rama y su relación con las de línea

3.4. Teorema de Kennelly: equivalencia estrella-triángulo 3.5. Circuito monofásico equivalente 3.6. Potencia en sistemas trifásicos 3.6.1. 3.6.2.

Potencia instantánea Potencias activa, reactiva y aparente

3.7. Sistema trifásico desequilibrado (Red infinita con receptores desequilibrados) 3.7.1. 3.7.2. 3.7.3.

Concepto de red infinita Carga en triángulo Carga en estrella: desplazamiento del centro de estrella

3.8. Medida de potencia y energía trifásica 3.8.1. 3.8.2. 3.8.3.

Generalidades Método de un vatímetro con tensiones simples Método de Aron

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Programa detallado

Método de los tres vatímetros

Tema 4 Principios generales de las máquinas eléctricas. 4.1. 4.2. 4.3. 4.4.

Definiciones Conversiones de energía en las máquinas eléctricas Clasificación general de las máquinas eléctricas Elementos constructivos básicos 4.4.1. 4.4.2.

Núcleo ferromagnético: estator, rotor Arrollamientos

4.5. Balance energético y rendimiento 4.6. Valores nominales y placa de características

Tema 5 Transformadores. 5.1. 5.2. 5.3. 5.4. 5.5. 5.6.

Constitución y formas constructivas Transformador ideal Magnitudes referidas Circuito equivalente del transformador real Ensayos de vacío y cortocircuito Funcionamiento en carga 5.6.1. 5.6.2.

Diagrama vectorial Rendimiento y regulación

5.7. Autotransformador 5.8. Transformadores trifásicos 5.8.1. 5.8.2. 5.8.3.

Valores nominales Grupos de conexión Circuito equivalente

5.9. Transformadores de medida 5.9.1.

Particularidades del transformador de intensidad

Tema 6 Motores asíncronos. 6.1. 6.2. 6.3. 6.4. 6.5. 6.6.

Constitución física Campo magnético giratorio y principio de funcionamiento Circuito equivalente simplificado Curvas características Balance de potencias Arranque de motores de inducción trifásicos 6.6.1. 6.6.2. 6.6.3. 6.6.4.

Arranque directo Arranque por autotransformador Arranque estrella-triángulo Arranque mediante resistencias rotóricas

6.7. Motores de doble jaula y de ranuras profundas 6.8. El motor monofásico

Tema 7 Protecciones eléctricas en las instalaciones de baja tensión. (Laboratorio) 7.1. Generalidades 7.1.1. 7.1.2.

Cortocircuitos Sobrecargas

7.2. Fusibles 7.3. Interruptores automáticos de protección UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS

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7.4. 7.5. 7.6. 7.7.

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Relés térmicos Protección contra contactos directos Protección contra contactos indirectos Protección diferencial

Tema 8 Equipos de automatismo para maniobra de motores. (Laboratorio) 8.1. Introducción 8.1.1. 8.1.2. 8.1.3. 8.1.4.

Contactores Relés auxiliares Circuito de potencia y circuito de control Contactos temporizados

8.2. Arranque e inversión de motores trifásicos 8.2.1. 8.2.2.

Mediante conmutador Mediante pulsadores

8.3. Frenado de motores trifásicos 8.3.1.

Frenado a contracorriente

Tal y como se indica, los dos últimos temas están enfocados a un aprendizaje adquirido esencialmente mediante la práctica en el laboratorio. El tema 7 va surgiendo paulatinamente y de forma algo dispersa a lo largo de las distintas prácticas, en la que en algunas ocasiones saltan las protecciones, sea de forma fortuita o más o menos intencionada por parte del profesor, haciendo reflexionar al alumno sobre lo sucedido. Por ello se hace necesaria una breve recapitulación en clase de teoría hacia el final del curso, que recoja las experiencias y organice y estructure los conocimientos adquiridos. Por el contrario el tema 8 corresponde a dos prácticas específicas y debido a su peculiaridad, necesita una pequeña introducción teórica en clase antes de bajar al laboratorio.

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Programa detallado

Programa de laboratorio El laboratorio consta de 11 prácticas, en sesiones semanales de dos horas. De las quince sesiones teóricamente posibles en un semestre, es fácil perder un par de ellas por días festivos y visitas o viajes que realicen los alumnos. Además, las horas previstas para el laboratorio en las dos primeras semanas se dedican a avanzar en teoría —realizándose muchos ejercicios de repaso— ya que los conocimientos adquiridos no son suficientes para realizar una práctica que reporte beneficios en términos de aprendizaje, sin poder descartarse además el riesgo para unos alumnos cuyo desconocimiento puede llevarles a la imprudencia. Si al final del semestre quedan algunas horas de laboratorio no aprovechadas, siempre es bueno emplearlas en resolver problemas y discutir y aclarar las dudas que surjan al hilo de ese ejercicio. La lista de prácticas se detalla a continuación. Práctica 1

Introducción al Laboratorio

Sus objetivos son familiarizarse con el laboratorio y los equipos existentes en él e iniciarse en la interpretación de esquemas eléctricos y su realización práctica, escogiendo los instrumentos eléctricos adecuados para cada montaje. Se miden las tensiones de la mesa y se realizan diversos montajes sencillos con lámparas, interruptores y conmutadores.

Práctica 2

Medida de tensión e intensidad

Pretende familiarizar al alumno con los instrumentos de medida de tensiones e intensidades, tanto en corriente continua como en alterna, prestando especial atención a su conexión, a su correcta utilización, y a su simbología, y aplicar y comprobar las leyes fundamentales de circuitos eléctricos, en ejercicios prácticos desarrollados previamente en clase de teoría. El circuito ensayado tiene resistencias, bobina y condensador, y se alimenta primero en continua y luego en alterna.

Práctica 3

Medida de resistencia e impedancia

Esta práctica tiene por objetivos familiarizar al alumno con los métodos e instrumentos más comunes de medida de resistencia, prestando especial atención a su correcta utilización y a sus limitaciones, adquirir las destrezas necesarias para efectuar medidas de impedancias con métodos técnicos y suficiente aproximación y también adquirir órdenes de magnitud de la resistencia e impedancia de diversos equipos. Se trabaja con una lámpara de incandescencia —en frío y en caliente— y con una bobina con núcleo ferromagnético, para obtener su circuito equivalente. A pesar de su precisión discutible, se emplea el método de los tres voltímetros por razones didácticas: con él el alumno debe manejar tensiones en módulo y fase.

Práctica 4

Medida de potencia y energía en monofásica

En esta práctica el propósito es iniciar al alumno en la utilización de voltímetro, amperímetro y vatímetro para determinar potencias activa, aparente y reactiva, así como familiarizarlo con la conexión y el funcionamiento del contador de inducción; y también realizar un ejemplo práctico de corrección de factor de potencia.

Práctica 5

Circuitos trifásicos

El fin aquí es familiarizar al alumno con los circuitos en corriente alterna trifásica equilibrada, afianzando los conceptos de tensiones y corrientes de línea y de fase y adquiriendo mayor destreza en el tratamiento de las conexiones en estrella y en triángulo, e iniciar al alumno en la resolución de circuitos trifásicos con cargas desequilibradas, concretamente mediante el método del desplazamiento del centro de estrella. Se trabaja con una estrella equilibrada de condensadores en paralelo con tres lámparas iguales que sucesivamente se conectan en triángulo y en estrella para finalmente desconectar una de ellas, desequilibrando así la estrella.

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Práctica 6

Programa detallado

Medida de potencia y energía en trifásica

Se emplea el mismo circuito de la práctica anterior para familiarizar al alumno con los métodos de medida de potencia trifásica, tanto en régimen equilibrado como desequilibrado, y asentar la distinción entre el suministro a tres y a cuatro hilos. También se practica la conexión de los contadores trifásicos.

Práctica 7

Introducción a los automatismos

Esta práctica persigue múltiples objetivos: en primer lugar, familiarizar al alumno con los automatismos más comúnmente empleados (contactor, relé auxiliar, interruptor automático, relé térmico, etc.); luego, que entienda el funcionamiento del contactor como automatismo, separando claramente el circuito de fuerza del circuito de mando o control y que distinga entre los conceptos de contacto normalmente abierto y contacto normalmente cerrado; y finalmente que sepa distinguir entre los elementos de protección contra cortocircuitos (fusibles, interruptor magnético) y contra sobrecargas (relés térmicos).

Práctica 8

Arranque de motores con circuitos elementales de automatismo

El objeto de esta práctica es realizar un automatismo que posibilite el giro del motor en ambos sentidos y utilizar relés temporizados de manera que se pueda realizar de forma automática el frenado del motor. Sin embargo, como ya se ha comentado, la intención de fondo de esta práctica y de la anterior, es conseguir que el alumno madure sus conocimientos y su experiencia sobre circuitos o instalaciones eléctricos.

Práctica 9

Funcionamiento en carga del transformador

Se pretende en esta práctica familiarizar al alumno con la conexión del transformador y estudiar su comportamiento en condiciones de funcionamiento normal. En primer lugar se trabaja sobre las características de un transformador monofásico y sus valores nominales para luego proceder a ensayarlo desde vacío hasta plena carga.

Práctica 10

Ensayos de vacío y cortocircuito en el motor de inducción

La finalidad de la práctica es familiarizar al alumno con el motor asíncrono, sus métodos de arranque, y la medida de su velocidad y deslizamiento, así como comprender en qué consisten los ensayos de vacío y rotor bloqueado y obtener datos para determinar un circuito equivalente simplificado, consistente en un circuito en L.

Práctica 11

Funcionamiento en carga del motor de inducción

El objetivo es estudiar el comportamiento del motor asíncrono en condiciones de funcionamiento normal y analizar su balance de potencias. El motor se acopla a una máquina de continua funcionando como dinamo con carga variable, de la que se proporcionan al alumno los datos necesarios.

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