diseno_maquinas_rotativas

INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL SECRETARA ACADMICA

DIRECCIN DE EDUCACIN SUPERIOR

PROGRAMA SINTTICO CARRERA: Ingeniera Elctrica ASIGNATURA: Diseo II: Mquinas Rotativas SEMESTRE: Noveno OBJETIVO GENERAL: El alumno disear mquinas rotativas y calcular los parmetros de funcionamiento, a fin de obtener motores de induccin, turbogeneradores e hidrogeneradores en ptimas condiciones y que cumplan con todos los requerimientos tcnicos. Describir el calentamiento y enfriamiento de las mquinas elctricas rotativas. CONTENIDO SINTTICO: I. Introduccin al Diseo de Mquinas Elctricas Rotativas. II. Calentamiento y Enfriamiento de Mquinas Elctricas Rotativas. III. Diseo del Motor de Induccin. IV. Diseo de Turbogeneradores. V. Diseo Hidrogeneradores. VI. Optimizacin. METODOLOGA: Desarrollo de proyectos de diseo de mquinas rotativas, bajo la supervisin y la gua del profesor. Exposicin terica por el profesor en cada clase, utilizacin de acetatos, discos de informacin, pelculas documentadas. Consulta bibliogrfica de los temas propuestos y discusin de temas consultados. Realizacin de tareas y trabajos extraclase y prcticas en el laboratorio con distintas mquinas elctricas y visita a plantas industriales. EVALUACIN Y ACREDITACIN: Tres exmenes departamentales, los cuales sern evaluados de 0 a 60% de la evaluacin total, tambin se tomarn en cuenta los trabajos, tareas y proyectos de diseo asignados 20% de las calificaciones parciales. Para la evaluacin del curso deber aprobar tanto la parte terica como la parte prctica (laboratorio). Las prcticas en el laboratorio 20 %. La calificacin mnima aprobatoria es de 6.0. BIBLIOGRAFA: Cyril G. Veinott, Theory and Design of Small Induction Motors, Editorial McGraw-Hill, primera edicin, Florida USA, 1959. 691 pp. Essam S. Hamdi. Design of Small Electrical Machines. Editorial Wiley, primera edicin, England 1994. captulos I y II. 856 pp, 974 pp. G. C. Jain, Design, Operation and Testing of Synchronous Machines, Editorial Asia Publishing House, primera edicin, USA 1966. 820 pp. M. Ramamoorty Computer-Aided Design of Electrical Equipment, Editorial Ellis Horwood Limited, primera edicin, Great Britain., 1988. 320 pp. Walker J. H., Large Synchronous Machines: Design, Manufacture and Operation, Editorial Oxford University Press, primera edicin, USA 1981. 315 pp.



ESCUELA: Superior de Ingeniera Mecnica y Elctrica - Zacatenco CARRERA: Ingeniero Electricista OPCIN: Diseo COORDINACIN: Academia Diseo de Mquinas DEPARTAMENTO: Acadmico de Ingeniera Elctrica.

ASIGNATURA: Diseo de Mquinas Rotatorias SEMESTRE: Noveno CLAVE: CRDITOS: 9.0 VIGENTE: 2006 TIPO DE ASIGNATURA: Terico-Prctica / optativa III MODALIDAD: Escolarizada

TIEMPOS ASIGNADOS

Horas/Semana/Teora: 3.0 Horas/Semana/Prctica: 3.0 Horas/Semestre/Teora: 54.0 Horas/Semestre/Prctica: 54.0 Horas/Totales: 108 Horas.

PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO POR: Academia de Diseo de Mquinas REVISADO POR: Subdireccin acadmica APROBADO POR: Consejo Tcnico Consultivo Escolar M. en C. Jess Reyes Garca

AUTORIZADO POR: Comisin de Planes y Programas de Estudio del Consejo General Consultivo del IPN.



ASIGNATURA: Diseo II de Mquinas Rotatrias CLAVE: HOJA: 2 DE 11

FUNDAMENTACION DE LA ASIGNATURA

La actividad del diseo de mquinas elctricas rotativas es de suma importancia en el desarrollo profesional del egresado, ya que, en la actualidad en nuestro pas es sumamente comn. Existen industrias que las manufacturan, las cuales requieren de ajustes en los diseos con los que ya cuentan. Gracias a esta asignatura el Ingeniero Electricista deber proponer soluciones rpidas a costos mnimos. Existen casos donde tal vez no importe en gran medida tener un costo mnimo, sino que se tiene el inters en alguna caracterstica tcnica en especfico, como es el caso de motores para aviones, mquinas en centrales generadoras, donde el peso que se requiere es el apropiado. Los mtodos de diseo y optimizacin se combinan para lograrlo. Esta asignatura tiene como antecedentes Clculo Diferencial e Integral, Fundamentos de lgebra, Fsica Clsica, Clculo Vectorial, Ecuaciones Diferenciales, Electricidad y Magnetismo, Variable Compleja y Transformada de Fourier, Probabilidad y Estadstica, Ingeniera Mecnica I y II, Mtodos Numricos, Fsica Moderna, Anlisis de Circuitos Elctricos I, Conversin de la Energa I, Ciencia y Tecnologa de Materiales Elctricos y tiene como consecuentes Anlisis de Circuitos Elctricos III, Conversin de la Energa II y III, Equipo Elctrico, Elementos del Control Elctrico, Teora General de Sistemas, Mediciones Elctricas, Fuentes de Generacin, Teora del Control, Accionamiento y Controles Elctricos, Anlisis de Sistemas Elctricos de Potencia, Lneas y Subestaciones Elctricas, Proteccin de Sistemas Elctricos I.

OBJETIVO DE LA ASIGNATURA

El alumno disear mquinas rotativas y calcular los parmetros de funcionamiento, a fin de obtener motores de induccin, turbogeneradores e hidrogeneradores en ptimas condiciones y que cumplan con todos los requerimientos tcnicos. Describir el calentamiento y enfriamiento de las mquinas elctricas rotativas.




No. UNIDAD : I NOMBRE: Introduccin al Diseo de Mquinas Elctricas Rotativas

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno explicar el concepto de diseo, as como los factores y limitantes que se debe tomar en cuenta al desarrollar un diseo elctrico acorde a la tecnologa disponible. Emplear las ecuaciones de salida, dimensiones principales y tendencias modernas, con el fin de buscar soluciones ptimas al diseo a realizar.

HORAS

No. TEMA

T E M A S

T P EC

CLAVE BIBLIOGRFICA

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

Definicin de diseo

Factores que afectan el diseo

Ecuaciones de salida

Dimensiones principales

Tendencias modernas del diseo

Subtotal

0.5

1.0

1.0

1.0

0.5

4.0

0.5

1.0

1.0

1.0

0.5

4.0

1B y 7C.

ESTRATEGIA DIDCTICA Definicin de diseo y las tendencias modernas. Presentacin de los temas desarrollados en clase con la gua del profesor. Propuesta del diseo elctrico a realizar. Ejemplos expuestos por el profesor y ejercicios desarrollados por los alumnos en clase y extraclase. El profesor realizar una serie de exposiciones haciendo uso de diversos medios audiovisuales a fin de ilustrar los programas a utilizar. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIN El primer examen departamental abarcar las unidades I y II corresponde al 60 % Ejercicios realizados en clase y extraclase, as como la participacin en actividades individuales y de equipo, propuesta de un proyecto de diseo, correspondern al 20% de la calificacin total. Realizacin de prcticas de la unidad II corresponder el 20 %.




No. UNIDAD II NOMBRE: Calentamiento y Enfriamiento de Mquinas Elctricas Rotativas

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD

El alumno explicar los fenmenos de generacin y transferencia de calor en una mquina rotativa, calcular las prdidas elctricas, magnticas y mecnicas de estas mquinas, as mismo explicar el sistema de sellado y enfriamiento de las mismas.

HORAS

No. TEMA

T E M A S

T P EC

CLAVE BIBLIOGRFICA

2.1

2.2

2.3

2.4

2.5

2.6

2.7

2.8

2.9

Eficiencia.

Prdidas mecnicas.

Prdidas elctricas.

Prdidas magnticas.

Modos de transferencia de calor.

Transferencia de calor en el entrehierro y superficie de

la mquina.

Elevacin de temperatura.

Sistemas de sellado y enfriamiento de mquinas

elctricas.

Mediciones de temperatura.

Subtotal

0.5

0.5

0.5

0.5

1.5

1.5

1.5

1.5

1.5

9.5

10.0

12.0

22.0

0.5

0.5

0.5

0.5

1.5

1.5

1.5

1.5

1.5

9.5

1B, 9C y 2B.

ESTRATEGIA DIDCTICA Anlisis por parte del alumno de los modos de transferencia de calor cuando se tienen distintas prdidas en la mquina elctrica. Conceptos expuestos por el profesor y ejercicios desarrollados por el alumno. Integracin de equipos de trabajo para la realizacin de prcticas. Realizacin de ejercicios extraclase. Avance del proyecto propuesto. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIN El primer examen departamental abarcar las unidades I y II que corresponde al 60 %. Ejercicios realizados en clase y extraclase, as como la participacin en actividades individuales y de equipo, avance del diseo, correspondern al 20% de la calificacin total. Realizacin de prctica corresponde el 20 %.




No. UNIDAD III NOMBRE: Diseo del Motor de Induccin

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno disear las dimensiones fsicas principales del motor de induccin y calcular los parmetros fundamentales de funcionamiento. Disear los diferentes tipos de devanados en las mquinas elctricas rotativas.

HORAS

No. TEMA

T E M A S

T P EC

CLAVE BIBLIOGRFICA

3.1

3.2

3.3

3.4

3.5

3.6

3.7

Detalles de construccin del motor de induccin.

Carga elctrica especfica y densidad de flujo en el

entrehierro.

Nmero de polos, longitud de entrehierro y

dimensiones principales.

Diseo del ncleo del estator.

Diseo del devanado del estator.

Diseo del rotor de jaula de ardilla.

Clculo del circuito equivalente.

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, 4B y 2B.

ESTRATEGIA DIDCTICA Desarrollo de habilidades de anlisis y diseo de los devanados de un motor de induccin por parte del alumno mediante el aprendizaje de conceptos, frmulas y ejercicios. Ejemplos expuestos por el profesor y ejercicios desarrollados por el alumno para disear los devanados de un motor de induccin. Integracin de equipos de trabajo para la realizacin de prcticas. Tareas y trabajos extraclase. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIN Ejercicios realizados en clase y extraclase, as como la participacin en actividades individuales y de equipo corresponde el 20% de la calificacin total incluyendo avance del proyecto. El segundo examen departamental abarcar las unidades III y IV que corresponde al 60% Realizacin de prcticas 20%.




No. UNIDAD IV NOMBRE: Diseo de Turbogeneradores

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno disear las dimensiones fsicas principales de un turbogenerador y calcular los parmetros fundamentales de funcionamiento.

HORAS

No. TEMA

T E M A S

T P EC

CLAVE BIBLIOGRFICA

4.1

4.2

4.3

4.4

4.5

4.6

4.7

Dimensiones principales y coeficiente de salida.

Devanados de armadura integrales y tipo barra.

Campo magntico polar y circuito magntico general.

Excitacin en vaco y flujos polares dispersos.

Reaccin de armadura y clculos de reactancia.

Excitacin en carga y diagrama fasorial.

Devanado de campo y efecto de amortiguamiento.

Subtotal

1.5

1.5

1.5

1.5

1.5

1.5

1.5

10.5

6.0

6.0

1.5

1.5

1.5

1.5

1.5

1.5

1.5

1.5

1.5

13.5

2B y 3B.

ESTRATEGIA DIDCTICA Anlisis y clculo por parte del alumno de reactancia y coeficientes de salida. Ejemplos expuestos por el profesor y ejercicios desarrollados por el alumno. Descripcin de las dimensiones principales, devanados de armadura, devanado de campo, definicin de la excitacin en vaci y en carga de los turbogeneradores. Visita industrial a una planta termoelctrica. Integracin de equipos de trabajo para la realizacin de prcticas y tareas extraclase. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIN Ejercicios realizados en clase y extra-clase, as como la participacin en actividades individuales y de equipo, avance del proyecto, corresponde el 20% de la calificacin total. El segundo examen departamental abarcar las unidades III y IV que corresponde al 60%. Realizacin de prcticas corresponde al 20%.




No. UNIDAD V NOMBRE: Diseo de Hidrogeneradores

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno disear las dimensiones fsicas principales de un hidrogenerador y calcular los parmetros fundamentales de funcionamiento.

HORAS

No. TEMA

T E M A S

T P EC

CLAVE BIBLIOGRFICA

5.1

5.2

5.3

5.4

5.5

5.6

5.7

Dimensiones principales y coeficiente de salida.

Devanados de armadura fraccionarios

Campo magntico polar y circuito magntico general.

Excitacin en vaco y flujos de dispersin

Teora de las dos reacciones y clculos de reactancia.

Excitacin en carga y diagrama fasorial.

Devanados del rotor.

Subtotal

1.5

1.5

1.5

1.5

1.5

1.5

1.5

10.5

6.0

6.0

1.5

1.5

1.5

1.5

1.5

1.5

1.5

1.5

1.5

13.5

2B y 5B.

ESTRATEGIA DIDCTICA Desarrollo de habilidades de anlisis y diseo de un turbogenerador por parte del alumno. Ejemplos expuestos por el profesor y ejercicios desarrollados por el alumno para disear un turbogenerador. Integracin de equipos de trabajo para la realizacin de prcticas. Tareas y trabajos extraclase. Visita industrial, a una planta hidroelctrica. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIN Ejercicios realizados en clase y extra-clase, as como la participacin en actividades individuales y de equipo, avance del proyecto, corresponde al 20% de la calificacin total. El segundo examen departamental abarcar las unidades III y IV que corresponde el 60%. Realizacin de prcticas, 20%.




No. UNIDAD VI NOMBRE: Optimizacin

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno aplicar tcnicas de optimizacin en el diseo de mquinas elctricas rotativas desde el punto de vista tcnico y econmico. As mismo desarrollar un programa para la aplicacin de estas tcnicas.

HORAS

No. TEMA

T E M A S

T P EC

CLAVE BIBLIOGRFICA

6.1

6.2

6.3

6.4

6.5

6.6

Aplicacin de la computadora al diseo de mquinas.

Variables y restricciones.

Tcnicas de optimizacin determinstica.

Tcnicas de optimizacin estocsticas.

Desarrollo de un programa para la optimizacin de un

motor de induccin.

Desarrollo de un programa para la optimizacin de un

alternador.

Subtotal

1.5

1.5

1.5

1.5

1.5

1.5

9.0

10.0

5.0

5.0

20.0

1.5

1.5

1.5

1.5

1.5

1.5

9.0

6B, 7C y 8C.

ESTRATEGIA DIDCTICA Participacin en la bsqueda y desarrollo de rutinas de optimizacin aplicadas al diseo de motores de induccin por parte del alumno. Aplicacin de la computadora para el diseo de maquinas y las tcnicas de optimizacin Integracin de equipos de trabajo para la realizacin de prcticas. Tareas y trabajos extraclase. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIN Ejercicios realizados en clase y extraclase, as como la participacin en actividades individuales y de equipo, resultado final del proyecto, 20% de la calificacin total. El tercer examen departamental abarcar las unidades V y VI, 60%. Realizacin de prcticas 20%.




RELACIN DE PRCTICAS

PRACT No.

NOMBRE DE LA PRCTICA UNIDAD DURACIN

LUGAR DE REALIZACIN

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10

Medicin de eficiencia y prdidas de un motor de induccin Prueba de temperatura de un motor de induccin. Medicin de eficiencia y prdidas de un generador sncrono. Prueba de temperatura de un generador sncrono. Visita a una planta termoelctrica. Visita a una planta hidroelctrica. Desarrollo de un programa de un programa de diseo de un motor de induccin. Desarrollo de un programa de un programa de diseo de un generador sncrono. Desarrollo de un programa de optimizacin para el diseo de un motor de induccin. Desarrollo de un programa de optimizacin para el diseo de un generador sncrono.

II II II II

IV

V

VI

VI

VI

VI

5.0

6.0

5.0

6.0

6.0

6.0

5.0

5.0

5.0

5.0

Las practicas 1, 2, 3, 4, 7, 8, 9 y 10 se realizarn en

los Laboratorios de Pesados II.

Las practicas 5 y 6 se realizan en plantas

industriales.




PERODO

UNIDAD

PROCEDIMIENTO DE EVALUACIN 1.

2.

3

I y II

III y IV

V y VI

El profesor realizar una evaluacin 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 stas representar el 60% de la calificacin correspondiente a las evaluaciones ms el 20% correspondiente a ejercicios realizados en clase y extra-clase, participacin en actividades individuales y de equipo. La evaluacin de las prcticas de laboratorio se har promediando la calificacin de las prcticas realizadas y reportadas, siendo necesario que el alumno cumpla con un mnimo del 80% de asistencias. La calificacin final de esta asignatura ser el promedio de las calificaciones obtenidas en la teora y en la evaluacin de prcticas y el proyecto de diseo con un mnimo del 20%

CLAVE B C BIBLIOGRAFA

1

2

3

X

X

X

Corrales Martn, Juan Clculo Industrial de Mquinas Elctricas. Tomo I y II, Editorial Marcombo, primera edicin, Barcelona, 1982. 256 pp. Cyril G. Veinott, Theory and Design of Small Induction Motors, Editorial McGraw-Hill, primera edicin, Florida, USA , 1959, 235 pp. Essam S. Hamdi. Design of Small Electrical Machines. Editorial Wiley, primera edicin, England 1994. captulos I y II. 856 pp, 974 pp.

4 X G. C. Jain, Design, Operation and Testing of Synchronous Machines, Editorial Asia Publishing House, primera edicin. USA 1966. 350 pp.

5 X Garret N. Vanderplaats, Numerical Optimization Techniques for Engineering Design, Editorial McGraw-Hill, primera edicin. USA, 1984. 130 pp.

6 X Jacek F. Gieras, Mitchell Wing, Permanet Magnet Motor Technology: Design and Application, Editorial Marcel Dekker Inc, primera edicin, USA 1997. 422 pp.

7 X Yudiche Barbosa, David de Jess Determinacin Experimental de los Perfiles de Temperatura Utilizando un Motor de Induccin Trifsico de 5 HP, Tesis de Licenciatura, ESIME, IPN, 2002. 201 pp.

8 X M. Ramamoorty Computer-Aided Design of Electrical Equipment, Editorial Ellis Horwood Limited, primera edicin. Great Britain. 1988. 320 pp.

9 X Walker J. H., Large Synchronous Machines: Design, Manufacture and Operation, Editorial Oxford University Press, primera edicin, USA 1981. 315 pp.



PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA

1. DATOS GENERALES

ESCUELA: Superior de Ingeniera Mecnica y Elctrica - Zacatenco

CARRERA: Ingeniera Elctrica SEMESTRE Noveno

REA: BSICAS C. INGENIERA D. INGENIERA C. SOC. y HUM.

ACADEMIA: Diseo de Mquinas ASIGNATURA: Diseo II de Mquinas Rotatrias

ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADMICO REQUERIDO: Ingeniero Electricista con experiencia en Diseo de Mquinas Elctricas

2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA: El alumno disear mquinas rotativas y calcular los parmetros de funcionamiento, a fin de obtener motores de induccin, turbogeneradores e hidrogeneradores en ptimas condiciones y que cumplan con todos los requerimientos tcnicos. Describir el calentamiento y enfriamiento de las mquinas elctricas rotativas.

3. PERFIL DOCENTE:

CONOCIMIENTOS EXPERIENCIA

PROFESIONAL HABILIDADES ACTITUDES

Conocimientos amplios en la teora electromagntica, en el diseo de mquinas elctricas y en tcnicas de optimizacin. Conceptos bsicos de clculo de varias variables y ecuaciones diferenciales.

En docencia y/o aplicaciones en Ingeniera Elctrica.

Dominio del tema y habilidad para ensear los conceptos bsicos y aplicaciones del diseo de mquinas elctricas.

Colaboracin con profesores integrantes de la academia. Servir al instituto en la enseanza 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 tecnolgico que requiere y demanda el pas Responsabilidad y compromiso social.

ELABOR REVIS AUTORIZ

M. en C. Alfredo Reyes Rosario Ing. Guillermo Santilln G M. en C. Jess Reyes Garca Presidente de Academia Subdirector Acadmico Director Esime-Zacatenco

FECHA: 2006

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