INGENIERÍA ELÉCTRICA PROGRAMA DE ASIGNATURA ACTIVIDAD CURRICULAR: CONSTRUCCION DE MAQUINAS ELECTRICAS Código: 950541 Año Académico: 2016 Área: MAQUINAS ELECTRICAS Bloque: TECNOLOGIAS APLICADAS Nivel: 5°. Tipo: Electiva Modalidad: Anual

Carga Horaria total:

Hs Reloj: 96

Carga horaria semanal: Hs Reloj: 3

Hs. Cátedra: 128 Hs. Cátedra: 4

Composición del equipo docente

Profesores Titulares: Profesores Asociados: Profesores Adjuntos: Ing. Eduardo Vinson Auxiliares JTP: Auxiliares ATP 1°: Auxiliares ATP 2°:

FUNDAMENTACIÓN Esta materia pretende ser una opción para los futuros profesionales que quieran profundizar sus conocimientos sobre la construcción de máquinas eléctricas, aplicando la teoría aprendida sobre máquinas y la tecnología de los materiales eléctricos en las materias de la carrera de grado.

OBJETIVO GENERAL Que el futuro profesional adquiera competencias para diseñar y construir máquinas eléctricas

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OBJETIVOS ESPECIFICOS Que el alumno pueda: 

determinar los datos de diseño para la construcción de una máquina eléctrica a partir del conocimiento de los criterios eléctricos, magnéticos, mecánicos y de aplicabilidad de las misma



realizar el diseño de la máquina y el dimensionamiento de sus partes constitutivas



establecer pautas para el proceso de fabricación



protocolizar los ensayos de tipo y de rutina



diseñar los tableros vinculados a su funcionamiento

CONTENIDOS a) Contenidos mínimos • Nociones fundamentales sobre el cálculo y diseño de las máquinas eléctricas. • Cálculo y diseño de trasformadores. • Cálculo y diseño de las maquinas sincrónicas. • Cálculo y diseño de las máquinas asincrónicas. • Cálculo y diseño de las máquinas de corriente continúa.

b) Contenidos analíticos

Unidad Temática 1: Introducción a las Construcciones Electromecánicas

Problemática general. Tipos de cálculos aplicables en las construcciones electromecánicas. Precisión de los cálculos, consideraciones técnico-económicas. Aparatos, máquinas. Criterios generales.

Unidad Temática 2: Circuitos magnéticos

a) Estructura magnética de las máquinas estáticas. Tipos constructivos, presencia de entrehierros, tipos de juntas. Determinación de la corriente y de la potencia de magnetización. Pérdidas por histéresis y Foucault. Determinación de la componente activa de la corriente. b) Estructuras magnéticas de las máquinas rotativas. Tipos constructivos, presencia de entrehierros. Influencia de las ranuras y canales de ventilación. Coeficiente de Carter, corrección por saturación en los dientes. Entrehierro constante y variable. Coeficiente de saturación. Largo ideal de polos y paquetes. Cálculo de las pérdidas en el hierro, en los dientes y yugos, por pulsación y superficiales.

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Unidad Temática 3: Arrollamientos de las máquinas eléctricas

a) De máquinas estáticas. Tipos de arrollamientos, de BT, AT y alta corriente. Transposiciones. Tomas de regulación, lagunas, bobinado de regulación gruesa y fina, conmutador de tomas: sin tensión y bajo carga. Pérdidas óhmicas, por corrientes parásitas y por circulación. Reactancia de dispersión, valores reales y unitarios, diagrama de f.m.m. en arrollamientos simétricos y asimétricos. b) De máquinas rotativas. Tipos de arrollamientos: concentrados y distribuidos. Arrollamientos abiertos: 1 y 2 estratos. Canaleta entera y fraccionaria. Factores de bobinado: eliminación y atenuación de armónicas de campo y de ranuras. Circuitos en paralelo. Arrollamientos cerrados: características constructivas. Tipos de arrollamiento: serie, paralelo y combinaciones. Escobillas, colector, conmutación. Jaula de motores asincrónicos y de amortiguación en máquinas sincrónicas. Arrollamientos inductores, de compensación y auxiliares.

Unidad Temática 4: Aspectos térmicos

Conducción; convección natural y forzada, radiación. Refrigeración en aire y en aceite. Ventiladores, tipos y usos. Redes térmicas para el estudio de la refrigeración en máquinas eléctricas. Casos de arranque de motores asincrónicos.

Unidad Temática 5: Aspectos mecánicos

Influencia de la atracción magnética en el cálculo de ejes. Pérdidas mecánicas y de ventilación. Ruido en transformadores y en máquinas rotativas. Ruido magnético y de ventilación.

Unidad Temática 6: Aspectos constructivos

a) Estructuras de máquinas rotativas, de eje horizontal y vertical. b) Soldadura de conductores. c) Tecnología de la fabricación de arrollamientos. d) Tratamientos de bobinas de MT. e) Pinturas conductoras y semiconductoras.

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Unidad Temática 7: Aspectos de funcionamiento

a) Esfuerzos térmicos y electrodinámicos en transformadores, reactores y máquinas rotativas. b) Sobretensiones en transformadores, estudio de la repartición de la tensión, criterios constructivos. c) Máquinas sincrónicas: reactancia transitoria, subtransitoria, de secuencia negativa y constante de tiempo. Reactancia en hueco.

Unidad Temática 8: Criterios de dimensionamiento de las máquinas eléctricas

a) Teoría general de la similitud en transformadores y máquinas rotativas. b) Dimensionamiento de transformadores. Parámetros constructivos, fórmulas de dimensionamiento, conducta de cálculo. Potencia y tensiones límites. c) Dimensionamiento de máquinas sincrónicas y asincrónicas. Parámetros constructivos, fórmulas de dimensionamiento, conducta de cálculo. Elección de la tensión. Potencias límites. d) Dimensionamiento de máquinas de corriente continua. Parámetros constructivos. Tensión de reactancia. Fórmulas de dimensionamiento. Conducta de cálculo. Potencias límites.

Unidad Temática 9: Ensayos de máquinas eléctricas Ensayos de tipo y de rutina. Ensayos de fabricación, de recepción. Prácticas de inspección, diagnóstico y mantenimiento.

Unidad Temática 10: Tableros de baja y media tensión Problemática general: equipamiento y tableros eléctricos de baja y media tensión.

Unidad Temática 11: Introducción al cálculo y dimensionamiento de los tableros eléctricos Nivel de aislamiento. Coordinación de la aislación en instalaciones de BT y AT. Solicitaciones y dimensionamiento de las instalaciones.

Unidad Temática 12: Aspectos térmicos y mecánicos Cálculo y dimensionamiento para soportar las solicitaciones térmicas y mecánicas de las corrientes de cortocircuito. Dimensionamiento de barras, conductores y aisladores.

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Unidad Temática 13: Tableros de baja tensión Estructura y componentes. Formas y tipos constructivos según normas IRAM e IEC.

Unidad Temática 14: Tableros de media tensión Estructura y componentes. Formas y tipos constructivos según normas IRAM e IEC.

Unidad Temática 15: Ensayos de tableros de baja y media tensión Ensayos de tipo y de rutina. Ensayos de fabricación, de recepción. Prácticas de inspección, diagnóstico y mantenimiento.

DISTRIBUCIÓN DE CARGA HORARIA ENTRE ACTIVIDADES TEÓRICAS Y PRÁCTICAS

Carga horaria total

Carga horaria total en

en hs. reloj

hs. cátedra

Teórica

64

86

Formación Práctica

32

42

Formación experimental

0

0

Resolución de problemas

16

21

Proyectos y diseño

16

21

Práctica supervisada

0

0

Tipo de actividad

ESTRATEGIAS METODOLÓGICAS a) Modalidades de enseñanza empleadas según tipo de actividad (teórica-práctica) Las clases teóricas se desarrollan con exposiciones orales, en general mediante el apoyo de presentaciones cuyo contenido los alumnos disponen en formato digital antes de cada clase. Los trabajos prácticos (4 construcciones de máquinas: transformador, de CC, sincrónica, asincrónica) se plantean a los alumnos a través de guías y se los apoya en su resolución a través de clases de consulta.

b) Recursos didácticos para el desarrollo de las distintas actividades (guías, esquemas, lecturas previas, computadoras, software, otros) Pc y proyector; presentaciones tipo Power Point, bibliografía en formato digital.

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EVALUACIÓN a) Modalidad (tipo, cantidad, instrumentos) Se avaluará a través de dos parciales teórico práctico, con sus respectivos recuperatorios y la realización y aprobación de trabajos prácticos.

b) Requisitos de regularidad Aprobación de los parciales con nota igual o superior a 4. Realización y aprobación de los trabajos prácticos.

c) Requisitos de aprobación Aprobación de un examen final de carácter teórico práctico, oral y escrito

ARTICULACIÓN HORIZONTAL Y VERTICAL La materia articula verticalmente con Maquinas Eléctricas I y II y Tecnología y Ensayo de Materiales Eléctricos. Todas estas instancias curriculares proveen las bases técnicas para los posteriores cálculos de diseño.

CORRELATIVAS ACADÉMICAS

Actividad Curricular

Máquinas eléctricas II

Máquinas térmicas, hidráulicas y de fluidos

Máquinas eléctricas I Tecnología y Ensayos de Materiales Eléctricos

Ciclo lectivo

4to.

Cursada Cursada para cursar, aprobada para aprobar

Fundamentación Para comprender la construcción de una máquina eléctrica es imprescindible conocer su funcionamiento teórico

4to.

Cursada para cursar, aprobada para aprobar

Las máquinas estudiadas en esta instancia, tienen por finalidad generar energía que luego se transformará en eléctrica y viceversa, por lo que conocerlas aporta es imprescindible para determinar criterios de diseño

3ro.

Aprobada para cursar

Ídem Máquinas eléctricas II

3ro.

Aprobada para cursar

No hay máquina eléctrica sin materiales eléctricos por lo que conocer las características de los mismos es imprescindible.

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CRONOGRAMA ESTIMADO DE CLASES Semana

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32

Tema Introducción al curso + Reglamento Unidad Temática 1: Introducción a las Construcciones Electromecánicas Unidad Temática 1: Introducción a las Construcciones Electromecánicas Unidad Temática 2: Circuitos magnéticos Unidad Temática 2: Circuitos magnéticos Trabajo Práctico N° 1: Circuitos Magnéticos de CC y CA Trabajo Práctico N° 1: Circuitos Magnéticos de CC y CA Unidad Temática 3: Arrollamientos de las máquinas eléctricas Unidad Temática 3: Arrollamientos de las máquinas eléctricas Trabajo Práctico N° 2: Transformador de distribución Trabajo Práctico N° 2: Transformador de distribución Unidad Temática 4: Aspectos térmicos Unidad Temática 4: Aspectos térmicos Unidad Temática 5: Aspectos mecánicos Trabajo Práctico N° 3: Máquina Sincrónica Trabajo Práctico N° 3: Máquina Sincrónica Examen Parcial N° 1 Unidad Temática 6: Aspectos constructivos Unidad Temática 7: Aspectos de funcionamiento Trabajo Práctico N° 4: Máquina Asincrónica Trabajo Práctico N° 4: Máquina Asincrónica Unidad Temática 8: Criterios de dimensionamiento de las máquinas eléctricas Unidad Temática 8: Criterios de dimensionamiento de las máquinas eléctricas Trabajo Práctico N° 5: Máquina de CC Trabajo Práctico N° 5: Máquina de CC Unidad Temática 9: Ensayos de máquinas eléctricas Unidad Temática 9: Ensayos de máquinas eléctricas Unidad Temática 10 a 15 Unidad Temática 10 a 15 Unidad Temática 10 a 15 Examen Parcial N° 2 Corrección y firma de Trabajos Prácticos Corrección y firma de Trabajos Prácticos

Tipo de Actividad Formación Teórica Práctica ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●

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Bibliografía Obligatoria



Kulkarni, S. V; Khaparde, S.A. Transformer engineering: design and practice. New York: Marcel Dekker, cop. 2004



Pyrhönen, Juha; Jokinen, Tapani; Hrabovcová, Valéria. Design of rotating electrical machines. Chichester: John Wiley & Sons, 2008.



Ion Boldea and Syed A. Nasar. THE INDUCTION MACHINE HANDBOOK. CRC Press, 2002.



Ion Boldea. The Electric Generators Handbook. CRC Press. 2006.



Stone, G; Culbert, I y otros. Electrical Insulation for Rotating Machines: Design, Evaluation, Aging, Testing, and Repair, 2nd Edition. Wiley-IEEE Press. 2014



R. del Vecchio, B. Poulin, P. Feghali, D. Shah, R. Ahuja. Transformer Design Principles. CRC Press. 2001.



Harlow, J. Electric Power Transformer Engineering, Third Edition. CRC Press 2012.



ABB Switchgear Manual 11th Ed 2006

Bibliografía complementaria:



Corrales Martín, J. - Cálculo industrial de máquinas eléctricas. Universidad Politécnica de Barcelona. 1976



Corrales Martín, J. - Cálculo modular de máquinas eléctricas. Labor. Barcelona.1957



G. REBORA "La construcción de máquinas eléctricas" HOEPLI- BARCELONA .1969



Nicola Bianchi. Calcolo delle Machine Elettriche col Metodo degli Elementi finite. CLEUP. 2001.



Cálculo óptimo de transformadores. Juan Corrales Martín. Marcombo. 1978.



Dr. Ing. M. Liwschitz. Calcolo e Determinazione delle dimensioni delle Machine Elettriche. Ulrico Hoepli.



Handbook of small electric motors. William Yeadon y Alan Yeadon. McGraw Hill.



Harmonic field effects in induction machines. Bedrich Heller y Vàclav Hamata. Elsevier Scientific Publishing Company. 1977



H. Wayne Beaty y James Kirtley Jr. Mc Graw Hill. El Manual del Motor Eléctrico. 2000.



B.J. Chalmers. Electromagnetic Problems of A.C. Machines. Chapman and Hall.



J. Gieras, R.J. Wang y M. Kamper. Axial Flux Permanent Magnet Brushless Machines. Kluwer Academic Publishers. 2004.

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

A Guide to Transformer Maintenance. Myers, Kelly, Parrish. Transformer Maintenance Institute. 1988.



Tentori, U. y Trevisan, A. - Apuntes de la Cátedra de Construcciones Electromecánicas



Normas IEC 60034, 60076, 60439 y 62271



Material y apuntes preparados por los docentes de la Cátedra

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