INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR PROGRAMA SINTÉTICO CARRERA: Ingeniería Eléctrica ASIGNATURA: Diseño de Máquinas Estáticas SEMESTRE: Octavo OBJETIVO GENERAL: El alumno explicará el procedimiento al cálculo de transformadores y técnicas de diseño, a fin de obtener maquinas estáticas óptimas, que cumplan con todos los requerimientos técnicos. Describirá cada una de las partes que constituyen al transformador. CONTENIDO SINTÉTICO: I. Introducción al Diseño de Transformadores. II. Núcleo del Transformador. III. Bobinas del Transformador. IV. Pérdidas, Eficiencia y Parámetros del Transformador. V. Tanque del Transformador. VI. Optimización. METODOLOGÍA: Desarrollo de proyectos de diseño de maquinas estáticas, bajo la supervisión y la guía del profesor. Exposición teórica por el profesor en cada clase, utilización de acetatos, discos de información, películas documentadas. Consulta bibliográfica de los temas propuestos y discusión de temas consultados. Realización de prácticas en el laboratorio con transformadores. Realización de tareas y trabajos extraclase. EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN: Tres exámenes departamentales, los cuales serán evaluados de 0 a 60% de la evaluación total, también se tomarán en cuenta los trabajos, tareas y proyectos de diseño asignadas que no deberá exceder el 20% de las calificaciones parciales. Para la evaluación del curso deberá aprobar tanto la parte teórica como la parte práctica (laboratorio). Las practicas en el laboratorio corresponde al 20 %. La calificación mínima aprobatoria es de 6.0. BIBLIOGRAFÍA: Staff del M.I.T E. E., Circuitos Magnéticos y Transformadores , Editorial Reverté, primera edición, Argentina, 1981. 189 págs. Ras, Enrique Transformadores de Potencia, de Medida y de Protección , Editorial Alfa Omega Marcombo, primera edición, México 1991. 245 págs. Corrales Martín Juan, Cálculo Industrial de Máquinas Eléctricas . Tomo I y II, Editorial Marcombo, primera edición, 1982.256 págs. Avelino Pérez Pedro, Transformadores de Distribución: Teoría, Cálculo, Construcción y Pruebas Editorial Reverté , primera edición. México, 2001. 178 Pág. M. Ramamoorty Computer-Aided Design of Electrical Equipment , Editorial Ellis Horwood Limited, primera edición. Great Britain, 1988. 320 págs.
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DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
PROGRAMA SINTÉTICO
CARRERA: Ingeniería Eléctrica ASIGNATURA: Diseño de Máquinas Estáticas SEMESTRE: Octavo OBJETIVO GENERAL: El alumno explicará el procedimiento al cálculo de transformadores y técnicas de diseño, a fin de obtener maquinas estáticas óptimas, que cumplan con todos los requerimientos técnicos. Describirá cada una de las partes que constituyen al transformador. CONTENIDO SINTÉTICO: I. Introducción al Diseño de Transformadores. II. Núcleo del Transformador. III. Bobinas del Transformador. IV. Pérdidas, Eficiencia y Parámetros del Transformador. V. Tanque del Transformador. VI. Optimización. METODOLOGÍA: Desarrollo de proyectos de diseño de maquinas estáticas, bajo la supervisión y la guía del profesor. Exposición teórica por el profesor en cada clase, utilización de acetatos, discos de información, películas documentadas. Consulta bibliográfica de los temas propuestos y discusión de temas consultados. Realización de prácticas en el laboratorio con transformadores. Realización de tareas y trabajos extraclase. EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN: Tres exámenes departamentales, los cuales serán evaluados de 0 a 60% de la evaluación total, también se tomarán en cuenta los trabajos, tareas y proyectos de diseño asignadas que no deberá exceder el 20% de las calificaciones parciales. Para la evaluación del curso deberá aprobar tanto la parte teórica como la parte práctica (laboratorio). Las practicas en el laboratorio corresponde al 20 %. La calificación mínima aprobatoria es de 6.0. BIBLIOGRAFÍA: Staff del M.I.T E. E., Circuitos Magnéticos y Transformadores, Editorial Reverté, primera edición, Argentina, 1981. 189 págs. Ras, Enrique Transformadores de Potencia, de Medida y de Protección, Editorial Alfa Omega Marcombo, primera edición, México 1991. 245 págs. Corrales Martín Juan, Cálculo Industrial de Máquinas Eléctricas. Tomo I y II, Editorial Marcombo, primera edición, 1982.256 págs. Avelino Pérez Pedro, Transformadores de Distribución: Teoría, Cálculo, Construcción y Pruebas Editorial Reverté , primera edición. México, 2001. 178 Pág. M. Ramamoorty Computer-Aided Design of Electrical Equipment, Editorial Ellis Horwood Limited, primera edición. Great Britain, 1988. 320 págs.
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ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica - Zacatenco CARRERA: Ingeniero Electricista OPCIÓN: Sistemas Eléctricos COORDINACIÓN: Academia de Utilización DEPARTAMENTO: Académico de Ingeniería Eléctrica
ASIGNATURA: Diseño de Máquinas Estáticas SEMESTRE: Octavo CLAVE: CRÉDITOS: 9.0 VIGENTE: Agosto del 2006 TIPO DE ASIGNATURA: Teórico-Práctico / optativa II MODALIDAD: Escolarizado
PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO POR: Academia de Diseño de Máquinas REVISADO POR: Subdirección académica APROBADO POR: Consejo Técnico Consultivo Escolar M. en C. Jesús Reyes García
AUTORIZADO POR: Comisión de Planes y Programas de Estudio del Consejo General Consultivos del IPN.
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ASIGNATURA: Diseño de Máquinas Estáticas CLAVE HOJA: 2 DE 11
FUNDAMENTACION DE LA ASIGNATURA
La actividad del diseño de transformadores en el país es restringida, ya que la mayor parte de la tecnología y desarrollo proviene del extranjero. No obstante existen industrias que las manufacturan, las cuales requieren de ajustes en los diseños con los que ya cuentan. Gracias a esta asignarura el Ingeniero Electricista propondrá soluciones rápidas a costos mínimos. Existen casos donde tal vez no importe en gran medida tener un costo mínimo, sino que se tiene el interés en alguna característica técnica en específico, como es el caso de transformadores de medición, donde se requiere una respuesta proporcional a un mínimo de error. Los métodos de diseño y optimización se combinan para lograrlo. Esta asignatura tiene como antecedentes Cálculo Diferencial e Integral, Fundamentos de Álgebra, Física Clásica, Cálculo Vectorial, Ecuaciones Diferenciales, Electricidad y Magnetismo, Variable Compleja y Transformada de Fourier, Probabilidad y Estadística, Ingeniería Mecánica I y II, Métodos Numéricos, Física Moderna, Análisis de Circuitos Eléctricos I, Conversión de la Energía I, Ciencia y Tecnología de Materiales Eléctricos y tiene como consecuentes Análisis de Circuitos Eléctricos III, Conversión de la Energía II y III, Equipo Eléctrico, Elementos del Control Eléctrico, Teoría General de Sistemas, Mediciones Eléctricas, Fuentes de Generación, Teoría del Control, Accionamiento y Controles Eléctricos, Análisis de Sistemas Eléctricos de Potencia, Líneas y Subestaciones Eléctricas, Protección de Sistemas Eléctricos I.
OBJETIVO DE LA ASIGNATURA El alumno explicará el procedimiento al calculo de transformadores y técnicas de diseño, a fin de obtener maquinas estáticas óptimas, que cumplan con todos los requerimientos técnicos. Describirá cada una de las partes que constituyen al transformador.
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ASIGNATURA: Diseño de Máquinas Estáticas CLAVE HOJA: 3 DE 11
No. UNIDAD I NOMBRE: Introducción al Diseño de Transformadores.
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno explicará el concepto de diseño, así como sus factores, técnicas modernas y limitantes que debe tomar en cuenta cuando desarrolle un diseño a transformadores. Explicara el concepto de transformadores, analizara sus circuitos principales y las normas nacionales que se les aplica.
HORAS
No. TEMA
T E M A S
T P EC
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
Definición de diseño.
Factores que afectan al diseño
Definición del transformador.
Circuitos principales.
Normas nacionales.
Teoría fundamental.
Tendencias modernas de diseño.
Subtotal
0.5
1.0
0.5
1.5
1.5
1.5
0.5
7.0
5.0
5.0
10.0
0.5
1.0
0.5
1.5
1.5
1.5
0.5
7.0
1B, 10C, 11C y 12C.
ESTRATEGIA DIDÁCTICA El alumno tendrá una participación activa, investigará y presentará los temas desarrollados en clase. Propondrá el diseño eléctrico a realizar. Ejemplos que serán expuestos por el profesor y los ejercicios desarrollados por los alumnos en clase y extraclase. El profesor realizará una serie de exposiciones haciendo uso de diversos medios audiovisuales a fin de ilustrar los programas a utilizar. Integración de equipos de trabajo para la realización de prácticas. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Ejercicios realizados en clase y extra-clase, así como la participación en actividades individuales y de equipo, propuesta del diseño a realizar, corresponderán al 20% de la calificación total. El primer examen departamental abarcará las unidades I y II equivalente al 60%. Realización de practicas corresponde al 20 %.
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ASIGNATURA: Diseño de Máquinas Estáticas CLAVE HOJA: 4 DE 11
No. UNIDAD II NOMBRE: Núcleo del Transformador.
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno explicara los tipos y manufactura de núcleos existentes en los transformadores, así mismo calculará el área de la sección transversal en un núcleo cruciforme y un núcleo rectangular.
HORAS
No. TEMA
T E M A S
T P EC
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
Relación entre densidad de flujo y amperes vuelta.
Núcleos trifásicos y monofásicos tipo columna.
Núcleos trifásicos y monofásicos tipo acorazado.
Cálculo del área de la sección transversal de un núcleo
rectangular.
Cálculo del diámetro la sección transversal de un
núcleo cruciforme, inscrita en una circunferencia.
Cálculo de anchos y espesores de escalón en función
del ancho de rollo de lámina para núcleos cruciformes.
Manufactura de diversos núcleos.
Subtotal
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
10.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
10.5
1B, 2B, 3B, 4B y 5B.
ESTRATEGIA DIDÁCTICA Desarrollo de habilidades de análisis y diseño del núcleo de un transformador por parte del alumno mediante el aprendizaje de conceptos, fórmulas y ejercicios. Ejemplos expuestos por el profesor y ejercicios desarrollados por el alumno para el diseño del núcleo de un transformador. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Ejercicios realizados en clase y extra-clase, así como la participación en actividades individuales y de equipo, avance del diseño a realizar, corresponderán al 20% de la calificación total. El primer examen departamental abarcará las unidades I y II equivalente al 80%.
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ASIGNATURA: Diseño de Máquinas Estáticas CLAVE HOJA: 5 DE 11
No. UNIDAD III NOMBRE: Bobinas del Transformador.
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno diseñará las dimensiones de los devanados del transformador y calculará los parámetros fundamentales para su funcionamiento.
HORAS
No. TEMA
T E M A S
T P EC
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
Aislamiento y tipo de conductores empleados.
Propiedades dieléctricas del liquido aislante.
Cálculo del devanado de baja tensión.
Cálculo del devanado de alta tensión.
Conexión de los devanados de baja tensión para un
transformador trifásico y su diagrama fasorial.
Conexión de los devanados de alta tensión para un
transformador trifásico y su diagrama fasorial.
Determinación de la polaridad de las bobinas.
Manufactura de bobinas y montaje en el núcleo.
Subtotal
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
12.0
10.0
5.0
15.0
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
12.0
1B, 2B, 3B, 4B y 5B.
ESTRATEGIA DIDÁCTICA Desarrollo de habilidades de análisis y diseño de los devanados de un transformador por parte del alumno mediante el aprendizaje de conceptos, fórmulas y ejercicios. Ejemplos expuestos por el profesor y ejercicios desarrollados por el alumno para diseñar los devanados de un transformador. Integración de equipos de trabajo para la realización de prácticas. Tareas y trabajos extraclase. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Ejercicios realizados en clase y extraclase, así como la participación en actividades individuales y de equipo corresponderán al 20% de la calificación total incluyendo avance del proyecto. El segundo examen departamental abarcará las unidades III y IV, equivalente al 60% Realización de practicas corresponde al 20%.
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ASIGNATURA: Diseño de Máquinas Estáticas CLAVE HOJA: 6 DE 11
No. UNIDAD IV NOMBRE: Pérdidas, Eficiencia y Parámetros del Transformador.
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno calculará los factores de generación de calor en un transformador, así como las perdidas en los devanados de alta y baja tensión. Calculará la resistencia, impedancia, reactancia, eficiencia, factores de potencia y regulación a distintas cargas, para el buen funcionamiento de un transformador.
HORAS
No. TEMA
T E M A S
T P EC
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
Cálculo de pérdidas en el núcleo.
Cálculo de pérdidas en los devanados de alta y baja
tensión.
Cálculo de resistencia, reactancia e impedancia
nominales.
Cálculo de eficiencia y regulación a distintas cargas y
factores de potencia.
Cálculo de elevación de temperatura.
Subtotal
1.5
1.5
1.5
1.5
2.0
8.0
5.0
5.0
4.0
5.0
19.0
1.5
1.5
1.5
1.5
2.0
8.0
1B, 2B, 3B, 4B, 5B y 9C.
ESTRATEGIA DIDÁCTICA Análisis y calculo por parte del alumno de modos de transferencia de calor cuando se tienen distintas pérdidas en el transformador. Ejemplos expuestos por el profesor y ejercicios desarrollados por el alumno. Conceptos expuestos por el profesor y ejercicios desarrollados por el alumno. Integración de equipos de trabajo para la realización de prácticas. Tareas y trabajos extraclase. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Ejercicios realizados en clase y extra-clase, así como la participación en actividades individuales y de equipo, avance del proyecto, corresponderán al 20% de la calificación total. El segundo examen departamental abarcará las unidades III y IV. Equivalente al 60%. Realización de practicas corresponde al 20%.
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ASIGNATURA: Diseño de Máquinas Estáticas CLAVE HOJA: 7 DE 11
No. UNIDAD V NOMBRE: Tanque del Transformador.
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno calculará las dimensiones del tanque del transformador y los parámetros fundamentales de funcionamiento.
HORAS
No. TEMA
T E M A S
T P EC
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
Determinación de la superficie del tanque, líquido
aislante y radiadores necesarios para su enfriamiento.
Accesorios y su distribución.
Elementos de diseño mecánico.
Cálculo de pérdidas en el tanque.
Manufactura del tanque.
Subtotal
3.0
1.5
1.5
1.5
1.5
9.0
3.0
1.5
1.5
1.5
1.5
9.0
1B, 2B, 3B, 4B y 5B.
ESTRATEGIA DIDÁCTICA Análisis y diseño del tanque de un transformador por parte del alumno. Ejemplos expuestos por el profesor y ejercicios desarrollados por el alumno para el diseño del tanque de un transformador. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Ejercicios realizados en clase y extra-clase, así como la participación en actividades individuales y de equipo, avance del proyecto, corresponderán al 20% de la calificación total. El tercer examen departamental abarcará las unidades V y VI. Equivalente al 80%.
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ASIGNATURA: Diseño de Máquinas Estáticas CLAVE HOJA: 8 DE 11
No. UNIDAD VI NOMBRE: Optimización
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno aplicará técnicas de optimización en el diseño de transformadores desde el punto de vista técnico y económico. Así mismo desarrollará un programa para la aplicación de estas técnicas.
HORAS
No. TEMA
T E M A S
T P EC
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
Aplicación de la computadora al diseño del
transformador.
Variables y restricciones.
Técnicas de optimización determinística.
Técnicas de optimización estocásticas.
Desarrollo de un programa para la optimización de un
transformador.
Subtotal
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
7.5
5.0
5.0
10.0
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
7.5
6B, 7C y 8C.
ESTRATEGIA DIDÁCTICA Participación en la búsqueda y desarrollo de rutinas de optimización aplicadas al diseño de transformadores por parte del alumno. Ejemplos expuestos por el profesor y ejercicios desarrollados por el alumno. Integración de equipos de trabajo para la realización de prácticas. Tareas y trabajos extraclase. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Ejercicios realizados en clase y extraclase, así como la participación en actividades individuales y de equipo, resultado final del proyecto, corresponderán al 20% de la calificación total. El tercer examen departamental abarcará las unidades V y VI. Equivalente al 60%. Realización de practicas corresponden al 20%.
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ASIGNATURA: Diseño de Máquinas Estáticas CLAVE HOJA: 9 DE 11
RELACIÓN DE PRÁCTICAS
PRACT No.
NOMBRE DE LA PRÁCTICA UNIDAD DURACIÓN
LUGAR DE REALIZACIÓN
1 2 3 4 5 6 7 8 9
10
11
12
Potencial aplicado e inducido. Prueba de impulso. Relación de transformación y polaridad (TTR). Índice de polarización. Rigidez dieléctrica. Resistencia óhmica de los devanados. Resistencia de aislamiento. Prueba de temperatura. Pérdidas en vacío y de excitación. Pérdidas en carga e impedancia Desarrollo de un programa de diseño de un transformador. Desarrollo de un programa de optimización para el diseño de un transformador.
I I
III
III
III
IV
IV
IV
IV
IV
VI
VI
5.0
5.0
5.0
5.0
5.0
2.0
2.0
5.0
5.0
5.0
5.0
5.0
Todas las prácticas se realizarán en los
Laboratorios Pesados II
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ASIGNATURA: Diseño de Máquinas Estáticas CLAVE HOJA: 10 DE 11
PERÍODO
UNIDAD
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN 1º.
2º.
3º.
I y II
III y IV
V y VI
El profesor realizará una evaluación de conocimientos al finalizar las unidades I y II, III y IV y V y VI, lo que implica realizar tres evaluaciones durante el semestre, el promedio de éstas representará el 60% de la calificación correspondiente a las evaluaciones más el 20% correspondiente a ejercicios realizados en clase y extra-clase, participación en actividades individuales y de equipo. La evaluación de las prácticas de laboratorio se hará promediando la calificación de las prácticas realizadas y reportadas, siendo necesario que el alumno cumpla con un mínimo del 20% de asistencias. La calificación final de esta asignatura será el promedio de las calificaciones obtenidas en la teoría y en la evaluación de prácticas y el proyecto de diseño con un mínimo del 20%
CLAVE B C BIBLIOGRAFÍA
1 X Avelino Pérez, Pedro Transformadores de Distribución: Teoría, Cálculo, Construcción y Pruebas Editorial Reverté, primera edición, México, 2001. 178 págs.
2 X Corrales Martín, Juan Cálculo Industrial de Máquinas Eléctricas. Tomo I y II, Editorial Marcombo, primera edición, Barcelona, 1982. 256 págs.
3 X E. E. Staff del M.I.T., Circuitos Magnéticos y Transformadores, Editorial Reverté, primera edición, Argentina, 1981. 189 págs.
4 X Enrique Ras, Transformadores de Potencia, deMedida y de Protección, Editorial Alfa Omega Marcombo, primera edición, México 1991. 245 págs.
5 X Garret N. Vanderplaats, Numerical Optimization Techniques for Engineering Design, Editorial McGraw-Hill, primera edición, USA, 1984. 642 págs.
6 X Jacek F. Gieras, Mitchell Wing, Permanet Magnet Motor Technology: Design and Application, Editorial Marcel Dekker Inc. primera edición, USA 1997.812 págs.
7 X M. Ramamoorty Computer-Aided Design of Electrical Equipment, Editorial Ellis Horwood Limited, primera edicion. Great Britain. 1988. 320 págs.
8 X M. G. Say., The Performance and Design of Alternating Current Machines: Transformers, Three-Phase Induction Motors and Synchronous Machines, Editorial Sir Isaac Pitman and Sons, primera edicion, London 1958. 633 págs.
9 X Métodos de prueba, transformadores de distribución y potencia norma oficial mexicana, NOM. j169-1978
10 .X Transformadores de distribución tipo poste y tipo subestación construcción y pruebas CCONIE-2-1-1 marzo de 1982
11 .X Transformadores tipo seco, de distribución y potencia, NOM. j351-1979
12 X Yudiche Barbosa,David de Jesus Determinación Experimental de los Perfiles de Temperatura Utilizando un Motor de Inducción Trifásico de 5 HP, Tesis de Licenciatura, ESIME, IPN, 2002. 201 págs.
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DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA
1. DATOS GENERALES
ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica - Zacatenco
CARRERA: Ingeniería Eléctrica SEMESTRE Octavo
ÁREA: BÁSICAS C. INGENIERÍA D. INGENIERÍA C. SOC. y HUM.
ACADEMIA: Diseño de Máquinas ASIGNATURA: Diseño de Máquinas Estáticas
ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO: Ingeniero Máquinas Eléctricas 2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA: El alumno explicará el procedimiento al calculo de transformadores y técnicas de diseño, a fin de obtener maquinas estáticas óptimas, que cumplan con todos los requerimientos técnicos. Describirá cada una de las partes que constituyen al transformador.
3. PERFIL DOCENTE: Ingeniero Electricista con experiencia en diseño de máquinas eléctricas.
CONOCIMIENTOS EXPERIENCIA PROFESIONAL
HABILIDADES ACTITUDES
Conocimientos amplios en la teoría electromagnética, en el diseño de máquinas eléctricas y en técnicas de optimización. Conceptos básicos de cálculo de varias variables y ecuaciones diferenciales.
En docencia y/o aplicaciones en Ingeniería Eléctrica.
Dominio del tema y habilidad para enseñar los conceptos básicos y aplicaciones del diseño de máquinas eléctricas.
Colaboración con profesores integrantes de la academia. Servir al instituto en la enseñanza y mostrar una actitud de tutor hacia los alumnos. Ser justo en las evaluaciones de los cursos atendidos como profesor. Utilizar los conocimientos adquiridos para el desarrollo tecnológico que requiere y demanda el país Responsabilidad y compromiso social.
ELABORÓ REVISÓ AUTORIZÓ
M. en C. Alfredo Reyes Rosario Ing. Guillermo Santillán G M. en C. Jesús Reyes García Presidente de Academia Subdirector Académico Director del Plantel
