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Grado en Ingeniería de Tecnologías Mineras

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Electrotecnia

Código asignatura
GITEMI01-2-004
Curso
Segundo
Temporalidad
Anual
Materia
Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Automática
Carácter
Obligatoria
Créditos
9
Pertenece al itinerario Bilingüe
No
Actividades
  • Clases Expositivas (63 Hours)
  • Prácticas de Aula/Semina (7 Hours)
  • Prácticas de Laboratorio (14 Hours)
  • Tutorías Grupales (3 Hours)
Guía docente

La asignatura Electrotecnia es Anual y Obligatoria, y pertenece al módulo "Fundamental" de la titulación y se encuadra dentro de la materia "Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Automática". Forma parte del grupo de asignaturas de segundo curso y constituye un pilar básico de la tecnología minera en su vertiente energética. Las competencias adquiridas en esta asignatura complementan el grupo de enseñanzas relacionadas con la producción y manejo de la energía, todas pertenecientes a la tecnología específica de Recursos Energéticos, Combustibles y Explosivos:

  • Procesos termoenergéticos
  • Generadores y motores térmicos
  • Recursos energéticos y tecnología nuclear
  • Sistemas electrónicos de control

Esta asignatura comporta un primer contacto del alumno con la tecnología eléctrica, por lo que su enfoque es, en gran medida, teórico, siendo complementado con los contenidos prácticos que faciliten la adquisición de destrezas básicas en el uso de los equipos eléctricos principales (máquinas, transformadores, conductores y aparamenta eléctrica), su selección y ajustes.

Los resultados esperados del aprendizaje de la Electrotecnia se pueden agrupar de la siguiente forma:

  • Conocimientos básicos y vocabulario eléctrico.

El alumno conocerá los conceptos propios de la tecnología eléctrica, conocerá y comprenderá los elementos básicos con los que se modelan los sistemas eléctricos, y será capaz de calcular las variables de tensión, intensidad y corriente eléctrica utilizando para ello diversos métodos de análisis de circuitos.

  • Conocimientos técnicos del funcionamiento de los equipos eléctricos principales

El alumno conocerá los principales equipos empleados en los sistemas eléctricos de potencia: la misión que cumplen, los principios de funcionamiento y las características constructivas de estos equipos. Entenderá la información técnica contenida en los catálogos del fabricante, en las placas características y en los diagramas unifilares. Además, sabrá efectuar las conexiones de dichos equipos y como protegerlos.

  • Cocimientos prácticos de selección, dimensionado, estimación de carga y mediciones

El alumno sabrá como efectuar las medidas de intensidad, tensión y potencia eléctrica, conocerá los riesgos eléctricos, sabrá calcular la carga eléctrica de los equipos en diferentes condiciones de funcionamiento y podrá seleccionar y dimensionar los equipos para su utilización en una instalación eléctrica industrial básica.

El uso preponderante de la electricidad como fuente de energía justifica por sí mismo la importancia que, para el ingeniero de minas en particular, tiene el conocimiento de la Electrotecnia

Para la superación de la asignatura con aprovechamiento, el alumno deberá poseer una base de conocimientos de física y matemática: conocimientos de cálculo diferencial e integral, algebra compleja, teoría electromagnética y física mecánica, por lo que se recomienda cursar previamente las asignaturas de Matemáticas, Cálculo, Física y Ondas y Electromagnetismo, pertenecientes al primer curso de la titulación.

Se espera que, previo a cursar la asignatura, el alumno adquiera como mínimo las siguientes competencias:

  • Capacidad para la resolución de ecuaciones matemáticas y para el cálculo de derivadas e integrales sencillas.
  • Aptitud para aplicar conocimientos de trigonometría.
  • Capacidad para el cálculo con números complejos.
  • Comprensión de los conceptos básicos del electromagnetismo.
  • Capacidad  para el planteamiento metódico, razonado y sistemático de problemas que impliquen un desarrollo matemático.

Competencias generales

  • CG1 Capacidad de análisis y síntesis.
  • CG2 Capacidad de organización y planificación.
  • CG3 Comunicación oral y escrita en la lengua nativa.
  • CG5 Conocimientos de informática relativos al ámbito de estudio
  • CG6 Capacidad de gestión de la información
  • CG7 Resolución de problemas
  • CG8 Toma de decisiones
  • CG9 Trabajo en equipo
  • CG11 Habilidades en las relaciones interpersonales
  • CG12 Razonamiento crítico
  • CG14 Aprendizaje autónomo
  • CG15: Adaptación a nuevas situaciones y contextos diversos
  • CG16: Motivación por la calidad
  • CG17: Sensibilidad hacia temas medioambientales y de sostenibilidad
  • CG18 Motivación por la seguridad y prevención de riesgos laborables
  • CG21 Capacidad para interrelacionar los conocimientos de las distintas especialidades del ámbito de formación

Competencias específicas

  • CE17 Conocimientos fundamentales sobre el sistema eléctrico de potencia: generación de energía, red de transporte, reparto y distribución, así como sobre tipos de líneas y conductores. Conocimiento de la normativa sobre alta y baja tensión. Conocimiento de electrónica básica y sistemas de control.
  • CE58 Capacidad para resolver circuitos trifásicos, conocer los principios de funcionamiento de transformadores y máquinas eléctricas, así como los riesgos asociados a las instalaciones eléctricas

Resultados del aprendizaje:

  • RA24.01.- Resolver circuitos eléctricos, y en particular circuitos en régimen permanente senoidal, y circuitos trifásicos tanto equilibrados como desequilibrados. (CG3, CG5, CG7, CG12, CG14, CE58).
  • RA24.02.- Analizar, adaptar y diseñar instalaciones eléctricas básicas, teniendo en cuenta las consideraciones normativas y de seguridad de aplicación en cada caso. (CG1, CG2, CG3, CG5, CG6, CG7, CG8, CG9, CG11, CG12, CG14, CG15, CG16, CG17, CG18, CG21, CE17, CE58).
  • RA24.03.- Analizar el funcionamiento y utilizar las máquinas eléctricas de potencia más empleadas, tales como transformadores, máquinas de inducción, síncronas y de corriente continua. (CG3, CG5, CG7, CG12, CG14, CG21, CE58).

La asignatura Electrotecnia aporta conocimientos técnicos tanto básicos como específicos relativos al uso de la electricidad como fuente de energía.  A continuación se enumeran los contenidos abordados en la asignatura:

Clases expositivas y prácticas de aula

Tema 1: Teoría de circuitos

1.1 Conceptos básicos de electricidad.

  • Magnitudes y unidades electromagnéticas. Convenios de referencia.
  • Conceptos de circuitos.
  • Leyes de Kirchhoff.
  • Conexiones serie y paralelo.
  • Formas de onda. Valores característicos asociados.

1.2 Componentes pasivos y activos de los circuitos eléctricos.

  • Modelo matemático de la resistencia. Energía disipada.
  • Modelo matemático de la inductancia. Energía electromagnética almacenada.
  • Modelo matemático del condensador. Energía electrostática almacenada.
  • Fuentes ideales y reales de tensión y de corriente.
  • Asociaciones y transformaciones de elementos activos y pasivos.
  • Equivalencias entre fuentes reales y fuentes ideales.
  • Teoremas y métodos de análisis de circuitos: teoremas de superposición, Millman, Kenelly, Thevenin y Norton y métodos de nudos y de mallas adyacentes.

1.3 Circuitos en régimen permanente senoidal.

  • Representación fasorial de magnitudes senoidales.
  • Respuesta de los elementos pasivos al régimen permanente senoidal.
  • Concepto de impedancia e impedancia compleja. Asociaciones.
  • Potencia y energía en circuitos en régimen permanente senoidal.
    • Potencia activa, reactiva y aparente. Potencia compleja.
    • Teorema de Boucherot.
    • Concepto de factor de potencia. Corrección del factor de potencia.

1.4 Circuitos trifásicos.

  • Generación de sistemas trifásicos de tensiones.
  • Concepto de equilibrio y secuencia de fases.
  • Magnitudes de línea (o compuestas) y de fase (o simples).
  • Análisis de circuitos trifásicos estrella-estrella equilibrados.
  • Cálculo de potencias en circuitos trifásicos equilibrados.
  • Análisis de circuitos trifásicos desequilibrados.

Tema 2: Máquinas eléctricas

2.1 Principios de funcionamiento de las máquinas eléctricas.

  • Leyes Fundamentales del electromagnetismo
    • Teorema de Ampere.
    • Inducción magnética.
    • Flujo, reluctancia y fuerza magnetomotriz.
    • Ley de Faraday.
    • Pérdidas en el hierro.
  • Aspectos y propiedades industriales de las máquinas eléctricas.
    • Las máquinas eléctricas en la red eléctrica: transformadores y máquinas eléctricas rotativas.
    • Clase de aislamiento.
    • Grado de protección.
    • Placa de características.
    • Códigos de refrigeración.
    • Clase de servicio.

2.2 Transformadores.

  • Generalidades.
  • Aspectos constructivos.
  • Principio de funcionamiento.
  • Funcionamiento en vacío.
  • Funcionamiento en carga.
  • Circuito equivalente del transformador.
  • Ensayos de vacío y cortocircuito.
  • Caída de tensión en el transformador en carga.
  • Efecto Ferranti.
  • Rendimiento del transformador.
  • Corriente de cortocircuito.
  • Transformadores trifásicos.
  • Conexión de transformadores en paralelo.
  • Autotransformadores.
  • Transformadores con tomas.
  • Transformadores de medida.

2.3 Máquinas eléctricas rotativas.

  • Fundamentos sobre la conversión electromecánica de energía.
    • La conversión electromecánica.
    • El principio de reversibilidad.
    • Balance energético de la máquina rotativa.
    • Máquina de cc.
    • Máquina síncrona.
  • La máquina asíncrona
    • Aspectos constructivos.
    • Caja de bornas: conexión de los devanados.
    • Principio de funcionamiento.
    • Circuito equivalente de la máquina asíncrona.
    • Balance energético.
    • Característica mecánica.
    • Par máximo.
    • Ensayos de rotor libre y bloqueado.
    • Curvas características.
    • Clasificación según el tipo de rotor.
    • Arranque de los motores asíncronos.
    • Frenado de los motores asíncronos.
    • Variación de velocidad de motores asíncronos.

Tema 3: Instalaciones eléctricas

3.1 Introducción a las instalaciones eléctricas.

  • Elementos que forman parte de una instalación eléctrica de BT.
  • Instalaciones de enlace.
  • Cálculo de la potencia de utilización.

3.2 Cables eléctricos y corrientes de cortocircuito.

  • Aspectos constructivos de un cable eléctrico.
  • Características eléctricas de los cables.
  • Selección de la sección mínima técnicamente admisible.
  • Causas y efectos de los cortocircuitos.
  • Cálculo de las corrientes de cortocircuito.

3.3 Aparamenta de maniobra y protección.

  • Características generales de la aparamenta eléctrica.
  • Aparamenta de maniobra.
  • Circuitos de control en lógica cableada para el arranque de un motor.
  • Tipos de elementos de protección.
  • Fusibles.
  • Relés de sobrecarga.
  • Interruptores automáticos.

3.4 Choques eléctricos: riesgos y protecciones.

  • Efectos de la corriente eléctrica sobre el cuerpo humano.
  • Sistemas de protección frente a contactos directos.
  • Protección frente a contactos indirectos.

Prácticas de laboratorio

Práctica 1. Simulación de circuitos eléctricos.
Práctica 2. Análisis de circuitos en régimen senoidal.
Práctica 3. Análisis de circuitos trifásicos.
Práctica 4. Transformadores
Práctica 5. Máquina Asíncrona
Práctica 6. Dimensionado de cables.
Práctica 7. Selección de interruptores automáticos.

Los tres bloques en los que se ha dividido el temario agrupan contenidos con características específicas que aconsejan distintas estrategias de enseñanza-aprendizaje. En la parte dedicada a la teoría de circuitos, se pretende dotar al alumno de las herramientas necesarias para el cálculo de las variables eléctricas. La adquisición de destrezas para el análisis circuital exige la realización de abundantes ejercicios en los que aplicar las leyes circuitales, métodos, teoremas y desarrollos matemáticos específicos. Así que para este primer bloque, se seguirá una estrategia que combine la exposición teórica con la resolución, en sesiones participativas, de abundantes ejemplos de aplicación.

El bloque dedicado a las máquinas eléctricas, permitirá que el alumno comprenda los principios de funcionamiento de los transformadores y las máquinas eléctricas, que son los equipos fundamentales que conforman todos los sistemas eléctricos de potencia. En este bloque predominará la clase magistral con la utilización de material multimedia.

Por último, el bloque dedicado a las instalaciones eléctricas tendrá una parte descriptiva y otra práctica. Primero, se describirán las instalaciones eléctricas con su aparamenta de protección y maniobra. Se plantearán los problemas de seguridad asociados al uso de la electricidad, y la normativa que rige el trabajo sobre estos sistemas. A continuación, en sesiones más prácticas, se propondrán estrategias que permitan el dimensionado de los cables eléctricos y la selección de las protecciones adecuadas. En esta parte del temario se simultanearán sesiones de clases magistrales con abundante contenido multimedia, con otras centradas en la realización de trabajos grupales donde se resolverán casos prácticos de diseño de instalaciones eléctricas.

Los distintos temas serán tratados en las prácticas de aula, donde se resolverán ejemplos prácticos de dificultad creciente hasta alcanzar el mismo nivel exigible posteriormente en las pruebas escritas. Además, se harán prácticas de simulación con programas informáticos en las que el alumno tendrá la oportunidad de reforzar los conceptos aprendidos. Varios trabajos no presenciales serán propuestos.

La asignatura es acumulativa, por lo que el tratamiento práctico de un tema sirve también como ejercicio de otros puntos del temario.

TRABAJO PRESENCIAL

TRABAJO NO

PRESENCIAL

Temas

Horas totales

Clase Expositiva

Prácticas de aula /Seminarios/ Talleres

Prácticas de laboratorio /aula de  informática/

Tutorías grupales

Prácticas  Externas

Sesiones de Evaluación

Total

Trabajo grupo

Trabajo autónomo

Total

Tema 1.1

5

--

--

--

--

0,29

5,29

1,83

7,42

9,25

Tema 1.2

5

1

1

0,33

--

0,32

7,65

1,83

13,42

15,25

Tema 1.3

9

2

0,33

--

0,32

11,65

1,83

13,42

15,25

Tema 1.4

7

1

2

0,33

--

0,32

10,65

1,84

19,42

21,26

Tema 2.1

4

--

--

--

--

0,36

4,36

--

15,97

15,97

Tema 2.2

7

1

2

0,36

--

0,37

10,73

3

15,97

18,97

Tema 2.3

12

2

3

0,66

--

0,37

18,03

3,34

15,97

19,31

Tema 3.1

1

--

--

--

--

0,16

1,16

--

3,35

3,35

Tema 3.2

6

2

2

0,33

--

0,16

10,49

3,33

3,36

6,69

Tema 3.3

4

--

2

0,33

--

0,16

6,49

3

3,35

6,35

Tema 3.4

3

--

--

0,33

--

0,17

3,5

--

3,35

3,35

Total

63

7

14

3

--

3

90

20

115

135

MODALIDADES

Horas

%

Totales

 Presencial

 Clases Expositivas

63

28

90

 Práctica de aula / Seminarios / Talleres

7

  3.2

 Prácticas de laboratorio / campo / aula de  informática / aula de idiomas

14

  6.2

 Tutorías grupales

3

  1.3

 Sesiones de evaluación

3

  1.3

 No presencial

 Estudio y resolución de problemas

105

46.7

135

 Preparación de trabajos y prácticas

30

13.3

 Total

225

100

225

Evaluación convencional:

La evaluación de los resultados del aprendizaje tendrá lugar conforme al siguiente baremo, siendo preciso obtener un mínimo del 50% de los puntos para superar la asignatura:

  1. Prueba escrita: 63% de la calificación
  2. Trabajos propuestos: 25% de la calificación
  3. Actividades de laboratorio: 12% de la calificación

Adicionalmente tendrán que tenerse en cuenta las consideraciones siguientes:

Prueba escrita

·         La prueba escrita (examen final) se efectuará al término del período de clases. Dicha prueba constará de tres partes diferenciadas correspondientes a cada uno de los bloques, uno dos y tres, en los que se ha dividido el temario que serán ponderados 40%, 20% y 40%, respectivamente. Para aprobar el examen, sobre una base de 10 puntos, el alumno deberá cumplir dos condiciones: 1)  obtener al menos 3 puntos sobre 10 en cada bloque temático y 2) obtener al menos 5 puntos sobre 10 en el total de la prueba. La prueba estará conformada por preguntas de teoría de respuesta corta, problemas cortos de aplicación, y problemas prácticos de respuesta larga.

·         Durante el curso, al final de los bloques temáticos 1 y 2 (temas de Teoría de Circuitos y Máquinas Eléctricas), se efectuarán dos pruebas parciales. Cada prueba parcial aprobada (puntuaciones de al menos 5 en la escala de 10), liberará al alumno de presentar la parte del examen final correspondiente al bloque temático ya superado, calificándose esos bloques con la nota obtenida en los correspondientes parciales.

·         En el resto de las convocatorias (esto es, las que no tienen lugar tras la finalización de las clases), la prueba será del mismo tipo, si bien en este caso no existirán mínimos en cada bloque. No serán en este caso tenidos en cuenta los resultados que los alumnos hayan podido tener previamente en otras pruebas parciales. Para aprobar el examen, sobre una base de 10 puntos, será suficiente con obtener al menos 5 puntos sobre 10 en la prueba.

Trabajos propuestos

·         A lo largo del curso se propondrán dos trabajos de aplicación práctica de los conocimientos adquiridos que se corresponderán con los bloques temáticos 1 y 2. La ponderación del trabajo de cada bloque será de 28%, 72%, respectivamente. Sólo obtendrán puntos en esta parte aquellos trabajos entregados antes de la fecha límite fijada para cada uno de ellos durante el periodo de clases. La calificación obtenida será válida para todas las convocatorias de ese curso académico.  

Actividades de laboratorio

·         Se realizarán 8 sesiones de prácticas. La asistencia a las prácticas será voluntaria. En las 7 primeras sesiones, el profesor evaluará el desarrollo realizado por el alumno de cada práctica calificándolo como Apto o No Apto y cada una de ellas tendrá un peso del 5.7% de este apartado. La práctica 8 se evaluará a partir de la entrega de un guión personalizado y tendrá una ponderación del 60%. La calificación obtenida será válida para todas las convocatorias de ese curso académico.

Aquellos alumnos que tengan la consideración de Presentados y que no superen alguno de los mínimos establecidos en la prueba escrita tendrán como nota final la correspondiente a la aplicación del baremo, salvo que la nota resultante no corresponda a la calificación de Suspenso en cuyo caso será fijada en 4,9. 

Evaluación Direfenciada: 

La evaluación diferenciada de los resultados del aprendizaje tendrá lugar conforme al siguiente baremo, siendo preciso obtener un mínimo del 50% de los puntos para superar la asignatura:

  1. Prueba escrita: 75% de la calificación
  2. Trabajos propuestos: 20% de la calificación
  3. Actividades de laboratorio: 5% de la calificación

Los alumnos sometidos a evaluación diferenciada deberán tener en cuenta las siguientes consideraciones:

Prueba escrita

·       La prueba escrita se efectuará al término del período de clases. Dicha prueba constará de tres partes diferenciadas correspondientes a cada uno de los bloques, uno dos y tres, en los que se ha dividido el temario que serán ponderados 40%, 20% y 40% respectivamente. Para superar la prueba, sobre una base de 10 puntos, el alumno deberá cumplir dos condiciones: 1)  obtener al menos 3 puntos sobre 10 en cada bloque temático y 2) obtener al menos 5 puntos sobre 10 en el total de la prueba. La prueba estará conformada por preguntas de teoría de respuesta corta, problemas cortos de aplicación, y problemas prácticos de respuesta larga.

·       En el resto de las convocatorias (esto es, las que no tienen lugar tras la finalización de las clases), la prueba será del mismo tipo, si bien en este caso no existirán mínimos en cada bloque. Para superar la prueba, sobre una base de 10 puntos, será necesario obtener un mínimo de 5 puntos.

Trabajos propuestos

·       A lo largo del curso se propondrán dos trabajos de aplicación práctica de los conocimientos adquiridos que se corresponderán con los bloques temáticos 1 y 2. La ponderación del trabajo de cada bloque será de 28%, 72%, respectivamente. Sólo obtendrán puntos en esta parte aquellos trabajos entregados antes de la fecha límite fijada para cada uno de ellos durante el periodo de clases. La calificación obtenida será válida para todas las convocatorias de ese curso académico. 

Actividades de laboratorio

·       Se realizarán 8 sesiones de prácticas. La asistencia a las prácticas será voluntaria. En las 7 primeras sesiones, el profesor evaluará el desarrollo realizado por el alumno de cada práctica calificándolo como Apto o No Apto y cada una de ellas tendrá un peso del 5.7% de este apartado. La práctica 8 se evaluará a partir de la entrega de un guión personalizado y tendrá una ponderación del 60%. La calificación obtenida será válida para todas las convocatorias de ese curso académico.

Aquellos alumnos que tengan la consideración de Presentados y que no superen alguno de los mínimos establecidos en la prueba escrita tendrán como nota final la correspondiente a la aplicación del baremo, salvo que la nota resultante no corresponda a la calificación de Suspenso en cuyo caso será fijada en 4,9. 

Este mecanismo de evaluación diferenciada podrá ser sustituido por otro mecanismo de evaluación, específico para cada alumno, en virtud del artículo 7 del Reglamento de evaluación de la Universidad de Oviedo.

Clases de teoría: Se dispondrá de un aula equipada con proyector y pizarra electrónica.

Clases de prácticas de laboratorio: Se dispondrá de un aula equipada con ordenadores de sobremesa (uno por alumno), con programas informáticos  dedicados: Matlab, Multisim, Ecodial, DocWin y Prysman app. 

Material bibliográfico y documentación.

  • Apuntes propios del profesor (guías, resúmenes y material multimedia).
  • Bibliografía técnica disponible en la biblioteca del centro.
  • Catálogos de equipos.

Bibliografía básica recomendada:

[1] C. K. Alexander, M. N. Sadiku; “Fundamentos de Circuitos Eléctricos”; 2002, ISBN: 970-10-3457-0, Ed. McGraw-Hill.

[2] J. R. Folch, M. R. Guasp, C. R. Porta; “Tecnología eléctrica”; 2000, ISBN: 84-7738- 767-2, Ed. Síntesis.

[3] J. F. MORA; “Máquinas Eléctricas”; 2008, ISBN: 978-84-481-6112-5, Ed. McGraw-Hill.

[4] ---; “Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión”; 2002, Ministerio de Ciencia y Tecnología.

Se dispondrá de una página web de apoyo docente, alojada en el campus virtual de la Universidad de Oviedo.

https://www.innova.uniovi.es/innova/campusvirtual/