UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE … · Identificar los límites de operación del generador síncrono conectado al sistema eléctrico de potencia interpretando las

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

http://www.google.com.mx/search?hl=es&tbo=p&tbm=bks&q=inauthor:%22Gilberto+Enr%C3%ADquez+Harper%22



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.





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 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


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.





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.


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 T. A. Lipo






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.)





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






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




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


Jefe de Academia de Máquinas Eléctricas.


M. C. Edgar Alejandro Pérez Olivo



M. C. Noé Ponce Meraz

Ingeniero en Electrónica y Comunicaciones


M. C. Félix González Estrada



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