Microc-Analisis de Circuitos en CC Electromecánica

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDERFACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA DE INGENIERIA ELECTROMECANICA

F01

Formato Syllabus Página

MICROCURRICULO

Asignatura ANÁLISIS DE CIRCUITOS ELECTRICOS EN CORRIENTE CONTINUA

Código 1090309

Área de formación:Ciencias Básicas Ciencias

Básicas Aplicada

Profesional especifica

Socio Humanística

Tipo de asignatura: Obligatoria Electiva

Número de Créditos 3

Prerrequisitos 1090105

Correquisitos 1090306

UnidadNo

Nombre de las Unidades y Contenidos temáticos

Dedicación del estudiante (Horas) Horas Totales

(a+b)a)Trabajo Presencial

b)Trabajo Independiente

1CONCEPTOS

FUNDAMENTALES 6 9 15

2CIRCUITOS RESISTIVOS

SIMPLES 10 15 25

3TÉCNICAS PARA EL

ANÁLISIS DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS

14 20 34

4ELEMENTOS DE

ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA

10 15 25

5ANÁLISIS TRANSITORIO DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE

PRIMER ORDEN10 15 25

6ANÁLISIS TRANSITORIO DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE

SEGUNDO ORDEN14 20 34

TOTAL 64 94 158 JUSTIFICACIÓN Y UBICACIÓN EN EL PROGRAMALos circuitos eléctricos en general forman parte de la estructura básica de la tecnología moderna, y por ello, tanto el análisis como el diseño de los circuitos eléctricos están estrechamente relacionados con la habilidad que debe poseer el ingeniero electricista, electromecánico o electrónico para diseñar complejos sistemas de electrónica, de energía, cómputo y de control, así como productos para el consumidor.El análisis de un circuito eléctrico tiene que ver con el estudio metódico del circuito dado para obtener la magnitud y dirección o polaridad de una o más variables del circuito, como las corrientes o voltajes y el flujo de potencia o energía, lo que permite la descripción del comportamiento del circuito. Aún cuando las herramientas del análisis de circuitos eléctricos pudieran ser parcialmente



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abstractas, los circuitos eléctricos son los bloques de la construcción de invenciones reales, eje de la sociedad moderna actual.La competencia más importante de los cursos de análisis de circuitos en CC y en CA es la de proveer al estudiante de una herramienta indispensable para que asuma con facilidad y eficiencia el diseño que se presenta en los cursos del área profesional como lo son entre otros: Electrónicas, máquinas eléctricas, sistemas de transmisión y distribución de energía, comunicación, control, y cómputo.Los cursos de análisis de circuitos están ubicados en los tercero y cuarto semestres de las carreras de ingeniería electrónica y electromecánica, por ser fundamentales para los cursos profesionales de estas carreras. OBJETIVO GENERAL

Al finalizar el curso, el estudiante estará en capacidad de aplicar conceptos, leyes, principios fundamentales para describir el comportamiento de los circuitos eléctricos y electrónicos, excitados en corriente continua, en régimen permanente y transitorio, pulsatoria y exponencial

COMPETENCIAS

Competencias Procedímentales: Caracterizar mediante modelos matemáticos, el comportamiento de los elementos

circuitales básicos y algunos dispositivos eléctricos y electrónicos, excitados en corriente continua.

Simular circuitos mediante la utilización de herramientas computacionales, excitados en corriente continua.

Sintetizar algunos circuitos eléctricos y electrónicos sencillos excitados en corriente continua, mediante el proceso de combinar elementos eléctricos básicos y dispositivos electrónicos, para obtener valores deseados en las variables de esos circuitos, los cuales son parte de la estructura fundamental en la tecnología electrónica moderna.

Hacer uso de la energía eléctrica en sistemas electrónicos con énfasis en aplicaciones en corriente continua, donde se manejen cantidades pequeñas de energía, bajas corrientes y voltajes, utilizadas en funciones de control, comunicaciones e informática y transducción electromagnética.

Describir los elementos eléctricos para interconectarlos en un circuito excitado en corriente continua y después describir el comportamiento global del circuito.

Caracterizar mediante modelos matemáticos, los elementos eléctricos circuitales básicos y algunos dispositivos electrónicos, ideales y reales, en el dominio del tiempo.

Aplicar principios, leyes de Kirchhoff, ley de Ohm, conceptos y técnicas de análisis, para describir el comportamiento de los circuitos eléctricos y electrónicos en corriente continua, en régimen transitorio y permanente, pulsatoria y exponencial.

Simular circuitos eléctricos excitados en corriente continua, mediante la utilización de programas como el PSPICE y ELECTRONIC Workbench, para verificar las soluciones obtenidas analíticamente.



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Diseñar algunos circuitos electrónicos sencillos que respondan a una utilidad específica, mediante el proceso de combinar elementos eléctricos para obtener valores deseados en las variables de esos circuitos, excitados en corriente continua.

Competencias Conceptuales: El estudiante debe aprender a utilizar las diferentes técnicas de análisis de los circuitos eléctricos en corriente continua en el dominio del tiempo, como una herramienta indispensable para ser utilizada en los cursos profesionales de la carrera.

Analiza y comprende el comportamiento de los circuitos eléctricos en corriente continua, mediante la utilización de las leyes fundamentales, Kirchhoff, Ohm, Faraday y leyes de la electrostática.

Comprende el comportamiento de los circuitos eléctricos en corriente continua, mediante el análisis de los resultados de las variables incluidas en el circuito eléctrico como voltaje, corriente y potencia o energía

Analiza, comprende y describe el comportamiento de los amplificadores exponenciales como una de sus principales aplicaciones de los circuitos eléctricos en corriente continua.

Analiza circuitos eléctricos en corriente continua mediante la determinación analítica de las variables corriente, voltaje y potencia de cada uno de los elementos que conforman el circuito eléctrico.

sintetiza circuitos electrónicos sencillos mediante la combinación de elementos eléctricos básicos a los cuales se les puede obtener valores deseados en las variables de esos circuitos que propicien la capacidad de diseño en los proyectos electrónicos.

Competencias Actitudinales: A través del trabajo en grupo se despertará en el estudiante el compañerismo y los valores sociales que conlleven a la tolerancia, el compromiso y el compartir conocimientos que estimulen una actitud reflexiva e inteligente en la construcción de su proyecto de vida.

Contribuir a lograr rigor científico, tanto en lo que se refiere a la aplicación de los conceptos y a la formulación de los temas, como a la aplicación de los métodos y formas de trabajo.

Contribuir a una alta responsabilidad ética y moral para poner el resultado de su trabajo en función de los requerimientos de la sociedad donde vive, manteniendo una actitud responsable ante el cuidado del medio ambiente y el desarrollo sostenible.

Contribuir a mantener la competencia profesional y por tanto la capacidad de superación y auto preparación durante su vida laboral activa.

Contribuir a una actitud positiva en su conducta social y correctos hábitos de educación formal, así como alcanzar habilidades en la comunicación social, tanto desde el punto de vista laboral como en sus relaciones sociales generales.



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CONTENIDOS POR UNIDADESActividades Presenciales

Actividades no Presenciales

Unidad 1 - CONCEPTOS FUNDAMENTALES1.1 Breve reseña histórica de la ciencia eléctrica.1.2 Sistemas de unidades.1.3 Conceptos electromagnéticos1.4 Conceptos circuitales1.5 Variables del circuito eléctrico: carga,

corriente, voltaje, potencia y energía.1.6 Elementos de un circuito.

Representación física de los elementos simples.

1.7 Elementos circuitales de control y protección1.8 Ley de la conservación de la energía.1.9 Representación física y matemática

de los elementos simples y generales de un circuito eléctrico.

1.10 Características de dispositivos eléctricos. Fuentes de energía eléctrica, conductores,

Clase Magistral:conceptos básicos

sobre elementos de un circuito eléctrico

(2h)Clase Magistral:

Modelos circuitales y topología de redes


variables del circuito eléctrico

(2h)Taller- simulación1:

Introducción a la simulación de

circuitos simples utilizando Pspice de OrCAD y Electronic

workbench de Multisim

(2h)

Lecturas refuerzo:Introducción al uso de los programas de computación

Electronic workbench y Pspice de Orcad

(5h)Modelos matemáticos

(4h)Trabajo del semestre:

Determinación de las variables corriente, voltaje y potencia en

un problema planteado de circuitos eléctricos en corriente

continua con más de ocho nudos y varias mallas

(10h)

Unidad 2 - CIRCUITOS RESISTIVOS SIMPLES

2.1 Definición de: Rama, Nodo, Lazo, Red Plana y Malla.

2.2 Resistencia, Ley de Ohm, Leyes de Kirchhoff2.3 Análisis de circuitos con un solo camino cerrado,

incluyendo fuentes controladas de tensión.(Resistencias en serie)2.4 Análisis de circuitos con un solo con un solo par

de nodos, incluyendo fuentes controladas de corriente. (Resistencias en paralelo)2.5 División de tensión y de corriente2.6 Métodos de solución de circuitos simples,

utilizando equivalencias por combinaciones de fuentes y de resistencias, transformación de

fuentes

Clase Magistral:Caracterización mediante modelos matemáticos, de los elementos eléctricos simples (2h)

Clase Magistral: Desarrollo de técnicas de análisis básicas de los circuitos eléctricos y determinación de voltajes, corrientes y potencias en el dominio del tiempo, mediante la utilización de modelos matemáticos (2h)

Trabajos en clase:Determinación

analítica de voltajes corrientes y potencias

Lecturas refuerzo:Introducción a la derivación e

integración numérica(5h)

Topología básica de redes y formas de onda que se

presentan en los voltajes y corrientes de un circuito

eléctrico (5h)

Análisis de circuitos eléctricos simples mediante la utilización

de los modelos matemáticos(5h)



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en circuitos eléctricos simples

(4h)Taller- simulación 2Determinación de

voltajes y corrientes en Multisim

(2h)

Unidad 3 - TÉCNICAS PARA EL ANÁLISIS DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS.

3.1 Introducción.3.2 Análisis nodal.3.3 Análisis de mallas.3.4 El amplificador operacional. (OPAM)3.5 Linealidad y superposición.3.6 Teoremas de Thevenin y Norton.3.7 Transferencia máxima de potencia.3.8 Aplicaciones y diseños.

Clase Magistral:Determinación de

voltajes y corrientes en los circuitos

eléctricos complejos, utilizando las técnicas

de análisis. (6h)

Trabajos en clase:Determinación de las condiciones eléctricas

de trabajo en dispositivos eléctricos

o electrónicos (6h)

Taller- simulación 3Determinación de

voltajes y corrientes en el dominio del

tiempo en Pspice de OrCAD

(2h)

Lecturas refuerzo:Análisis de circuitos con más de tres y cuatro nodos, cuyos voltajes y corrientes se deben obtener utilizando métodos

computacionales(11h)

El amplificador operacional y simulación de circuitos que

incluyen el OPAMP(10h)

Unidad 4 - ELEMENTOS DE ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA

4.1 Introducción.4.2 Capacitancia. (condensadores)4.3 Inductancia. (Inductores o bobinas)4.4 Características fundamentales de

capacitores e inductores.4.5 Combinación de capacitores e

inductores, ( serie y paralelo)4.6 Relaciones integro diferenciales.4.7 Dualidad.4.8 Circuitos RC con amplificador operacional.

Clase Magistral:Caracterización mediante modelos matemáticos, de los elementos eléctricos que almacenan energía, como el inductor y el capacitor


Determinación de la magnitud y forma de

onda de voltajes y corrientes en un

circuito simple que

Lecturas refuerzo:Planteamiento general en el desarrollo analítico de los

circuitos eléctricos.(2h)

Modelos circuitales.(2h)

Diferentes estados del circuito RLC en serie

(2h)Problemas planteados y resueltos de la unidad 4

(5h)Simulación de circuitos de la

unidad 4(5h)



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contiene inductor o capacitor (2h)

Trabajos en clase:Determinación de

voltajes, corrientes, potencia y energía en circuitos simples que contienen inductores

o capacitores (4h)

Taller- simulación4:Determinación de

voltajes y corrientes, en el capacitor o

inductor solo, utilizando Pspice de

OrCAD(2h)

Unidad 5 – ANÁLISIS TRANSITORIO DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE

PRIMER ORDEN.5.1 Introducción.5.2 Forma general de las ecuaciones de

respuesta, propiedades de la respuesta exponencial

5.3 Circuito RL en serie, Respuesta Natural o transitoria, Respuesta Forzada o Permanente al

voltaje constante, al pulso y al voltaje exponencial.

5.4 Circuito RC en serie, Respuesta Natural o transitoria, Respuesta Forzada o Permanente al

voltaje constante, al pulso y al voltaje exponencial.

5.5 Circuitos RC y RL en paralelo, mixtos y más generales, incluyendo fuentes dependientes.

5.6 Aplicaciones y diseño de circuitos.

Clase Magistral:Análisis de circuitos RC y RL en serie sin

excitación y posteriormente

excitados con voltaje directo y continuo

(3h)

Trabajos en clase:Determinación analítica de las

magnitudes y formas de onda de voltajes y

corrientes que se presentan en los

circuitos RC y RL en serie (6h)

Taller- simulación5:Determinación de

voltajes y corrientes, en los circuitos RL y RC más generales,

utilizando Pspice de OrCAD

(2h)

Lecturas refuerzo:Circuitos RL y RC sin

excitación.(2 )

Modelos matemáticos en los circuitos eléctricos que

contienen RC o RL y excitados con voltajes continuos, directos, exponenciales.

(3 )

Problemas propuestos y desarrollados sobre resistencias

equivalentes en circuitos que contienen R, L y C

(5 )

Simulación de circuitos eléctricos correspondientes a la

unidad 5(3 )

Análisis de circuitos RC y RL en serie donde se le incluye el

amplificador operacional (2h)



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Unidad 6 – ANÁLISIS TRANSITORIO Y DE RÉGIMEN PERMANENTE EN LOS

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DESEGUNDO ORDEN.

6.1 Introducción.6.2 La ecuación del circuito básico.6.3 Desarrollo matemático de las

ecuaciones de respuesta.6.4 Circuitos RLC en serie y en paralelo,

respuesta natural o transitoria, casos: Sobreamortiguado, Amortiguamiento

Crítico, Subamortiguado.6.5 La respuesta completa del circuito RLC.6.6 Modelos matemáticos en los circuitos RLC6.7 Ecuaciones diferenciales en los

circuitos eléctricos utilizando operadores diferenciales

6.6 El circuito LC sin pérdidas.

Clase Magistral:Análisis de circuitos RLC en serie y en

paralelo sin excitación y

posteriormente excitados con voltaje directo, continuo y

pulsante (4h)

Trabajo en clase:Determinación de las

ecuaciones diferenciales y su

respectivo desarrollo de voltajes y

corrientes que se presentan en los

circuitos eléctricos que contienen R, L y

C (6h)

Taller- simulación5:Determinación de las magnitudes y formas de onda de voltajes y

corrientes, en circuitos eléctricos

complejos que contienen R, L y C,

utilizando el software de Pspice de OrCAD

y Matlab (4h)

Lecturas refuerzo:Modelos matemáticos en los circuitos RLC en serie y en

paralelo(6h )

Documentos del profesor sobre cálculo integral y ecuaciones diferenciales ubicados en el

blogspot de internet:asignaturasufps.blogspot.com

(4h)Obtención de las ecuaciones diferenciales para voltajes y

corrientes que se presentan en circuitos eléctricos complejos,

que contienen R, L y C, utilizando los operadores

diferenciales.(10h)

PRINCIPALES PRÁCTICAS PEDAGÓGICAS A UTILIZAR – METODOLOGÍA

1. Docencia directa y participativa propiciando espacios para que el estudiante interactúe mediante preguntas que permitan el desarrollo cognitivo para su aprendizaje. 2. Previamente a la clase, el estudiante deberá leer y analizar los temas de cada sesión, que serán indicados por el profesor y se encuentran en los libros textos, guías y documentos elaborados por el profesor. En las horas de clase, habrá una exposición teórica por parte del profesor, o puede ser la de un determinado estudiante, se desarrollarán ejemplos, se discutirán los tópicos correspondientes y se aclararán las dudas existentes.



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3. En las horas de clase, se podrán desarrollar ejemplos en grupos, orientados a reforzar el aprendizaje de conceptos y a estimular el trabajo en grupo. El resultado de estos trabajos puede ser objeto de evaluación.4. En horarios diferentes al de clase, el estudiante se comprometerá con el desarrollo de problemas correspondientes a cada tema, cuya solución queda a su discreción y que podrá consultar al profesor en el caso de que surjan dudas o cuando lo considere necesario. Esta actividad es de gran importancia para el estudiante, pues la resolución de problemas de circuitos eléctricos tiene alta ponderación en los exámenes a desarrollar.5. También, en horarios diferentes al de clase, el estudiante se comprometerá a desarrollar las tareas específicas asignadas, que pueden ser individuales o de trabajo en grupo, diseño de filtros, sintonizadores y amplificadores y que deberán ser entregadas para su evaluación en la forma indicada por el profesor y en la fecha concertada entre profesor y estudiante.6. En horas de clase, se programarán practicas de simulación de tipo demostrativo, orientadas a reforzar el aprendizaje de conceptos en los diferentes tópicos, utilizando el software Electronic Workbench, EWB, u orientadas a conocer ciertas aplicaciones industriales.7. Durante las primeras semanas de clase se desarrollará un curso básico intensivo sobre el manejo del software Electronic Workbench, EWB , con base en la aplicación de técnicas de análisis de circuitos eléctricos y que estará orientado a reforzar el aprendizaje de conceptos en los diferentes tópicos.8.En las prácticas de simulación se utilizan una metodología de tipo abierto donde el estudiante pueda contrastar los ejemplos de circuitos desarrollados en clase

ESTRATEGIAS DE EVALUACIONSon estrategias para el seguimiento del alumno como herramientas diagnosticas al proceso educativo impartido durante el curso.

Evaluaciones Parciales: Se han establecido 2 (dos) evaluaciones parciales según estatuto estudiantil UFPS acuerdo 065 de 1996. Unidades 1a a la 3a para el primer previo escrito (23,3%). Las unidades 4a a la 6a para el segundo previo escrito (23,3%)

Evaluación tercera nota: Exámenes cortos, Trabajos en clase, Trabajos específicos, Exposiciones, Prácticas de simulación y Trabajo del semestre 23.33%

Examen Final: Prueba escrita (30%) fundamentada con todos los temas desde la unidad 1a hasta la 6a del contenido programático de la materia.

RECURSOS UTILIZADOSVideo Beam, sala de computadores, Internet, Website, Software especifico(PSPICE de

OrCAD, Electronic workbench de Multisim, MATLAB)

BIBLIOGRAFÍA

GUIAS DEL PROFESOR LUIS RODOLFO DÁVILA MÁRQUEZ DORF, RICHARD / SVOBODA JAMES. CIRCUITOS ELECTRICOS, INTRODUCCION AL ANALISIS Y

DISEÑO. ALFAOMEGA. SEP 2006 6ª EDICIÓN IRWIN J. DAVID. ANALISIS BASICO DE CIRCUITOS EN INGENIERIA. PRENTICE HALL. 1997, 5ª

EDICIÓN. HAYT WILLIAM H. , JR AND KEMMERLY JACK E. ANALISIS DE CIRCUITOS EN INGENIERIA.

McGraw-Hill, 2003, 6ª EDICIÓN. BOYLESTAD L. ROBERT ANÁLISIS INTRODUCTORIO DE CIRCUITOS. PEARSON EDUCTION 1998



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8ª EDICIÓN CALVO ROLLE JOSÉ LUIS, EDICIÓN Y SIMULACIÓN DE CIRCUITOS CON OrCAD, ALFAOMEGA,

2004 1ª EDICIÓN JOHN F. Wakerly, Diseño digital principios y prácticas. Prentice Hall. 2001 VICTOR P. Nelson – J. DAVID Irwin. Análisis y Diseño de Circuitos Lógicos Digitales.

Prentice Hall 1996. NORMAN Balabanian – BRADLEY Carlson. Principios de Diseño Lógico Digital. CECSA

2002. DAVID G. Maxinez – JESSICA Alcalá. VHDL El arte de programar sistemas digitales.

CECSA 2002.

REFERENCIAS EN INTERNET

Archivos del profesor sobre análisis de circuitos en CA y en CC ubicados en internet luisrodolfodavila.blogspot.com

Archivos del profesor sobre cálculo integral y ecuaciones diferenciales ubicados en internet asignaturasufps.blogspot.com

Referencia: Control Tutorials for matlabURL: http://www.engin.umich.edu/group/ctm/

RECURSO HUMANO

Profesor: I Electricista, Msc, LUIS RODOLFO DAVÍLA MÁRQUEZAsesoría extracurricular: Martes 10h-12h, Miércoles y Jueves 08h – 10h Clase Magistral:

Sala de profesores dpto. E&E.

http://www.engin.umich.edu/group/ctm/

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