Teoría de los Circuitos I

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SECRETARÍA ACADÉMICA

DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS

- Investigando, descubriendo, creando

Buscar causa y efecto PROGRAMA SINTÉTICO CARRERA: Ingeniería en Control y Automatización

ASIGNATURA: Teoría de los Circuitos I SEMESTRE: Tercero

OBJETIVO GENERAL:

El alumno verificará físicamente los circuitos eléctricos básicos, en Corriente Directa (CD) y Corriente Alterna (CA), haciendo uso de los principios y leyes experimentales que permiten establecer los modelos matemáticos de los elementos que lo constituyen.

CONTENIDO SINTÉTICO:

I. Unidades, Definiciones y Circuito Eléctrico

II. Leyes Experimentales y análisis de Circuitos Simples a CD.

III. Caracterización en el tiempo y respuesta a la CA de los elementos pasivos IV. Fasores, Circuitos Mixtos, Delta (∆ ó ¶) y Estrella (Y ó T)

V. Métodos de Análisis de redes resistivas y RLC

METODOLOGÍA:

• Manejo de diseños virtuales

• Formación de grupos para la solución de ejercicios coordinados por el profesor

• Uso de recursos audiovisuales

• Realización de tareas y trabajos extraclase

EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN:

Se aplicaran tres exámenes departamentales Participación en actividades individuales y de equipo Prácticas de laboratorio

Tareas y trabajos extra clase

BIBLIOGRAFÍA:

1.-Edminister, J, A, Nahvi, M., Circuitos Eléctricos, tercera edición, Mc Graw Hill Interamericana, España, 1997.

2.-Hayt Jr, William, H, y Kemmerly, Jack E., Análisis de Circuitos en Ingeniería, quinta edición, Mc Graw Hill, México, 1997.

3.-Nilsson, James W., Circuitos Eléctricos, sexta edición,Printice Hall, México, 2001.

4.-Martínez J., A., Electrotecnia I, Circuitos Eléctricos de Corriente Directa, ESIME-IPN, 2003

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SECRETARÍA ACADÉMICA

ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

CARRERA: Ingeniería en Control y Automatización OPCIÓN:

COORDINACIÓN:

DEPARTAMENTO: Académico de Ingeniería en Control y Automatización

ASIGNATURA: Teoría de los Circuitos I SEMESTRE: Tercero

CLAVE:

CRÉDITOS: 9

VIGENTE: Agosto 2004

TIPO DE ASIGNATURA: Teórico-Práctica MODALIDAD: Escolarizada

TIEMPOS ASIGNADOS

HRS./SEMANA / TEORÍA: 3 HRS./SEMANA / PRÁCTICA: 3 HRS./TOTALES / SEMANA: 6

HRS./SEMESTRE / TEORÍA: 54 HRS./SEMESTRE / PRÁCTICA: 54

HRS./TOTALES: 108

PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO:

POR: Academia de Ingeniería Eléctrica REVISADO POR: Subdirección Académica

APROBADO Por: Consejo Técnico Consultivo Escolar de la ESIME Zacatenco

Dr. Alberto Cornejo Lizarralde

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

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ASIGNATURA: Teoría de los Circuitos I CLAVE: HOJA: 2 DE 9

FUNDAMENTACION DE LA ASIGNATURA

En un mundo cada día más globalizado se requiere del establecimiento de parámetros universales que permita mejorar la comunicación y el desarrollo de tecnología, de ahí la importancia de uniformizar criterios; por ello esta asignatura inicia con el Sistema Internacional de Unidades (SI), para continuar con la descripción de los elementos que componen a un Circuito Eléctrico y estar en condiciones de analizar circuitos simples a CD, aplicando Leyes Experimentales. Se continúa con la caracterización de la CA para entrar al análisis de redes eléctrica usando los métodos de resolución de circuitos de mallas y de nodos y ver las respuestas de los circuitos a CD y CA, haciendo uso de los teoremas.

Esta materia es el antecedente necesario para los cursos de Electrónica, Circuitos Eléctrico II, Modelado de Sistemas, entre otras.

Esta es una asignatura teórico-práctica que permitirá a los estudiantes comprobar el comportamiento de los circuitos analizados teóricamente en el laboratorio y contempla; además, realizar una serie de ejercicios haciendo uso de la PC, para comprobar resultados, simular respuestas de circuitos y prever el comportamiento de los circuitos no presenciales.

Esta asignatura pretende que los estudiantes analicen los circuitos desde un punto de vista integral, esto es, con cualquier tipo de fuentes de energía (CD ó CA) para coadyuvar al análisis universal del comportamiento de las redes eléctricas.

Los cursos antecedentes son: cálculo vectorial, electricidad y magnetismo, análisis numéricos y variables compleja y transformada de Fourier y Z; los consecuentes maquinas eléctricas I, II y los cursos colaterales modelado de sistemas.

OBJETIVO DE LA ASIGNATURA

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ASIGNATURA: Teoría de los Circuitos I CLAVE: HOJA: 3 DE: 9

No. UNIDAD: I NOMBRE: Unidades, Definiciones y Circuito Eléctrico

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD

El alumno identificará el Sistema Internacional de Unidades (SI), símbolo de las magnitudes y unidades básicas y derivadas, forma correcta de escritura y su utilización en la caracterización de los parámetros eléctricos que use en el curso.

HORAS No.

TEMA TEMAS

T P EC

CLAVE BIBLIOGRÁFICA 1.1.

1.1.1 1.1.2.

1.1.3.

1.1.4.

1.1.5.

1.2.

1.2.1.

1.2.2.

1.2.3.

1.2.4.

1.2.5.

1.2.6.

Sistema Internacional de Unidades (SI)

Concepto de medir (ver fracción V, artículo 3°, Ley Federal Sobre la Metrología y Normalización) Concepto de magnitud (ver Norma Mexicana NMX- Z-055-1997-IMNC)

Magnitudes eléctricas, unidades, forma de escritura y símbolo

Modelos matemáticos, interpretación física, unidades, forma de escritura y símbolos de las magnitudes y unidades eléctricas de mayor uso en las redes o circuitos eléctricos:

Circuito Eléctrico y los elementos que lo componen (activos y pasivos)

Diferencia entre elementos eléctricos de tipo general y simple

Características de los elementos activos de Corriente Directa (CD) y Corriente Alterna (CA) Relación que guardan los elementos pasivos entre:

tensión, corriente, potencia y energía.

Definición de la Corriente Directa y su descripción gráfica como función constante

Definición de la Corriente Alterna y su descripción gráfica con una función senoidal o cosenoidal

Fuente de energía eléctrica de CA y CD, clasificación y usos.

9.0 9.0 5B, 9C ,10B

ESTRATEGIA DIDÁCTICA

Evaluación diagnóstica; investigación de conceptos por parte del alumno; formación de grupos para la solución de ejercicios coordinados por el profesor; uso de recursos audiovisuales; realización de tareas y trabajos extra clase

PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN

El contenido de esta unidad será evaluado en el primer examen departamental junto con el reporte de las prácticas. Participación en clase, tareas, así como la exposición de información recabada por alumnos en forma grupal o individual.

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No. UNIDAD: II NOMBRE: Leyes experimentales y análisis de circuitos simples a CD

El alumno demostrará las leyes básicas que rigen a los circuitos eléctricos. Analizará circuitos simples a Corriente Directa (CD), con fuentes de tensión y de corriente y traspolará su aplicabilidad a cualquier red eléctrica con fuentes constantes o variables, CD o Corriente Alterna (CA).

HORAS No.

TEMA TEMAS

T P EC

2.1.2.

2.1.3.

2.1.4.

2.1.5.

2.1.6.

2.1.7.

2.1.8.

2.1.9.

2.1.10.

2.1.11.

2.1.12.

2.1.13.

2.2.

Leyes experimentales y respuesta de circuitos simples a CD

Ley de Ohm Ley de Watt Ley de Joule

Circuito con elementos resistivos en serie Ley de tensiones de Kirchhoff (Ley de la conservación de la energía)

Resistencia equivalente en un circuito en serie Regla del Divisor de Tensión (RDV)

Circuito con elementos resistivos en paralelo Ley de Corrientes de Kirchhoff (Ley de la conservación de la carga)

Resistencia equivalente de un circuito paralelo de n resistencia.

Regla del Divisor de Corrientes (RDI)

Resistencia equivalente de un circuito serie-paralelo y comportamiento de las corrientes y tensiones parciales

Respuesta de las fuentes de tensión y corriente.

9.0 12 1.0 1B, 2C, 3B, 4C, 5B, 7C, 8B, 9C

Investigación de conceptos por parte del alumno; exposición de temas específicos por parte del alumno;

formación de grupos para la solución de ejercicios coordinados por el profesor; formación de grupos para la discusión de resultados; uso de recursos audiovisuales; tareas y trabajos extra clase.

El contenido de esta unidad será evaluada en el primer examen departamental, junto con las prácticas realizadas en el laboratorio.

Participación en clase y entrega de tareas, así como la exposición de temas de investigación en forma grupal o individual.

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No. UNIDAD: III NOMBRE: Caracterización en el tiempo y respuesta a la CA de los elementos pasivos

El alumno verificará la CA con base en los modelos matemáticos de las funciones trigonométricas básicas, calculará las respuestas de tensión corriente, ángulo de fase y potencia de los elementos pasivos, operando de manera individual en un circuito y agrupados como impedancia o admitancia de circuitos serie y paralelo respectivamente.

HORAS No.

TEMA TEMAS

T P EC

3.1.2.

3.1.3.

3.1.4.

3.1.5.

3.1.6.

3.1.7.

3.1.8.

3.2.

3.2.1.

3.2.2.

3.2.3.

3.2.4.

3.2.5.

3.2.6.

3.2.7.

3.2.8.

Características de una función senoidal Características de una senoide

Formato general de tensión y corriente senoidal

Características de la tensión de CA, valores:

instantáneo, pico, pico a pico y eficaz

Características de la corriente de CA, valores:

instantáneo, pico, pico a pico y eficaz Relaciones de fase

Caracterización de una CA a través de la PC

Mediciones de tensión, periodo, frecuencia y ángulo de fase, usando el O

Respuesta de los elementos pasivos a una CA en el resistor (R)

Tensión, corriente y potencia en un elemento inductivo Tensión, corriente y potencia en un elemento capacitivo

Relación de fase

Tensión corriente y potencia en circuitos RL y relación de fase

Circuito RL, serie y paralelo

Tensión corriente y potencia en un circuito RC y su relación de fase

Circuito RLC, serie y paralelo

Tensión corriente y potencia en un circuitos RLC y su relación de fase.

9.0 6.0 3.0 1B, 2C, 3B, 4C, 7C, 8B, 9C

Investigación por parte del alumno; técnicas grupales para la solución de ejemplos; formación de grupos para la discusión de resultados. Uso de recursos audiovisuales; tareas y trabajos extra clase; exposición de temas específicos por parte del profesor.

El contenido de esta unidad será evaluado en el segundo examen departamental que constará de las unidades II y III, junto con las practicas realizadas en el laboratorio. Participación en clase y entrega de tareas, así como la exposición de temas de investigación en forma grupal o individual.

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ASIGNATURA: Teoría de los Circuitos I CLAVE: HOJA: 6 DE:9

No. UNIDAD: IV NOMBRE: Fasores, Circuitos Mixtos, Delta (∆ ó ¶) y Estrella (Y ó T)

El alumno explicará los fasores para representar los distintos parámetros de una CA y operará impedancias equivalentes en los circuitos serie, paralelo delta y estrella.

HORAS No.

TEMA TEMAS

T P EC

CLAVE BIBLIOGRÁFICA

4.1 4.1.1.

4.1.1.1.

4.1.1.2.

4.1.1.3.

4.1.1.4.

4.1.1.5.

4.1.1.6.

Representación fasorial de una CA Fasor

Definición

Números complejos

Forma de representación de un número complejo Operaciones básicas, con fasores,: suma, resta, multiplicación y división

Representación fasorial de la tensión y la corriente eléctrica en un plano cartesiano

Analogía entre la representación fasorial y en el tiempo de una CA

9.0 3.0

6.0

3.0 1B, 2C, 3B ,4C, 7C, 8B, 9C

Evaluación diagnóstica, investigación por parte del alumno. Técnicas grupales para la solución de ejemplos; formación de grupos para la discusión de resultados; uso de recursos audiovisuales; tareas y trabajos extra clase

El contenido de esta unidad será evaluado en el segundo examen departamental; junto con las prácticas 6 y 7 en el laboratorio. Participación en clase y entrega de tareas, así como la exposición de temas de investigación en forma grupal o individual

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UNIDAD: V NOMBRE: Métodos de análisis de redes, resistivas y RLC.

El alumno analizará cualquier red eléctrica resistiva o RLC con fuentes de alimentación independientes, dependientes (controladas), tanto de tensión como de corriente en CD y CA, usando los métodos de mallas o de nodos y los diferentes teoremas que simplifican el estudio de la respuesta de las redes eléctricas en CD o CA.

HORAS No.

TEMA TEMAS

T P EC

5.1.1.

5.1.2.

5.1.3.

5.1.4.

5.1.5.

Análisis de circuitos, resisitivos y RLC, por los métodos de mallas

Estructura topológica de una red

Método general de las corrientes de malla Circuitos con fuentes independientes de tensión y de corriente

Método de matricial (formato) para corrientes de malla

Medición de parámetros que describan la respuesta física de circuitos.

6.0 6.0 3.0 1B, 2C, 3B, 4C, 5B, 6B, 7C, 8B, 9C

5.2 5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.2.4 5.2.5

5.3.

Análisis de circuitos, resistivos y RLC, por los métodos de tensiones de los nodos

Método general de las tensiones de los nodos Circuitos con fuentes independientes de tensión

Circuitos con fuentes dependientes de corriente y de tensión

Método matricial (formato) de las tensiones de los nodos.

Medición de parámetros que describan la respuesta física de circuitos

Teoremas de redes, circuitos resistivos y RLC 6.0

6.0 6.0

6.0 3.0

3.0

1B, 2C, 3B, 4C, 5B, 6B, 7C, 8B, 9C

1B,2C,3B,4C,5B,6B,7C,8B,9C

Investigación por parte del alumno; técnicas grupales para la solución de problemas; formación de grupos para la discusión de resultados; uso de recursos audiovisuales; tareas y trabajos extra clase;

exposición por parte del profesor.

El contenido de esta unidad será evaluado en el tercer examen departamental, junto con las prácticas realizadas en el laboratorio. Participación en clase y entrega de tareas, así como la exposición de temas de investigación en forma grupal o individual.

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ASIGNATURA: Teoría de los Circuitos I CLAVE: Tercero HOJA: 8 DE: 9.

RELACIÓN DE PRÁCTICAS

PRACT.

No. NOMBRE DE LA PRÁCTICA UNIDAD DURACIÓN

(hrs) LUGAR DE REALIZACIÓN 1 Conocimiento y aplicación de los

instrumentos de medición.

I 3.0 Laboratorio

2 Fuentes de alimentación. I 6.0 Pesados I

3 Circuitos resistivos serie y paralelo II 3.0 De la carrera

4 Leyes de Kirchhoff II 3.0 De I.C.A.

5 Introducción al PSpice II 6.0

6 Osciloscopio III 6.0

7 Impedancia y Admitancia. IV 3.0

8 Redes en puente IV 6.0

9 Corrientes de mallas V 3.0

10 Tensiones de Nodos. V 3.0

11 Teoremas de Théveni y Nortón V 6.0

12 Teorema de Máxima Transferencia. V 6.0

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PERIODO UNIDAD PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN

1º

2º

3º

I , II

III , IV

V

Examenes departamentales 50%, reportes de prácticas 30%, trabajos de investigación y participación 20%.

Para tener derecho al promedio de calificaciones debe cumplir con el 80% de asistencia y haber aprobado el 80% de

prácticas.

CLAVE B C BIBLIOGRAFÍA

1 X Edminister, J, A, Nahvi, M., Circuitos Eléctricos, tercera edición, Mc Graw Hill Interamericana, España, 1997.

2 X Hayt Jr, William, H, y Kemmerly, Jack E., Análisis de Circuitos en Ingeniería, quinta edición, Mc Graw Hill, México, 1997.

3 X Nilsson, James W., Circuitos Eléctricos, sexta edición, Prentice Hall, México, 2001.

4 X Boylestad, Roberto L, Análisis Introductorio de Circuitos, octava impresión, Trillas, México, 1997.

5 X Martínez J., A., Electrotecnia I, Circuitos Eléctricos de Corriente Directa, ESIME-IPN, 2003

6 X Jiménez G., R., F., Análisis de Circuitos Eléctricos, IPN Limusa, 1995

7 X Cogdell, J., R., Fundamentos de Circuitos Eléctricos, Prentice may, 2000

8 X Baez, L., D., Pspice, Análisis de Circuitos por Computadora, Alfaomega, 1995

9 X Dorf, R., C., Circuitos Eléctricos, Introducción al Análisis y Diseño, 2ª. Edición. Alfaomega, 1995

10 X Sistema Internacional de Unidades, CENAM, México, 200

11 X Normas Oficiales Mexicanas

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PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA

1. DATOS GENERALES

ESCUELA: Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

CARRERA: Ingeniería en Control y Automatización SEMESTRE Tercero

ÁREA: BÁSICAS C. INGENIERÍA D. INGENIERÍA C. SOC. y HUM.

ACADEMIA: Ingeniería Eléctrica ASIGNATURA: Teoría de los Circuitos I

ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO:

Ingeniero electricista, electrónico o control y automatización preferentemente con estudios de posgrado en el área.

2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA:

3. PERFIL DOCENTE:

CONOCIMIENTOS EXPERIENCIA PROFESIONAL

HABILIDADES ACTITUDES

• Teórico-prácticos sobre principios y leyes que rigen el comportamiento de los circuitos

eléctricos, modelado matemático, manejo de paquetería, de simulación y aplicaciones.

• En análisis y diseño de circuitos eléctricos aplicados al área de ing.

Eléctrica y/o electrónica, desde el punto de vista teórico-experimental haciendo uso de paquetería asociada a nivel de computadora personal

• Deseable con experiencia docente

• Facilidad de comunicación y expresión

• Motivación

• Creativo

• Ética

• Responsable

• Respetuoso

• Gusto por la docencia

• Dispuesto a una superación y

actualización continua y constante

ELABORÓ REVISÓ AUTORIZÓ

Ing. Alejandro Acuña Saavedra Ing. Guillermo Santillán Guevara Dr. Alberto Cornejo Lizarralde

PRESIDENTE DE ACADEMIA SUBDIRECTOR ACADÉMICO DIRECTOR DEL PLANTEL

FECHA: Marzo-2004

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PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA

4. DATOS GENERALES

ESCUELA: Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

CARRERA: Ingeniería en Control y Automatización SEMESTRE Tercero

ÁREA: BÁSICAS C. INGENIERÍA D. INGENIERÍA C. SOC. y HUM.

ACADEMIA: Ingeniería Eléctrica ASIGNATURA: Teoría de los Circuitos I

ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO:

Ingeniero electricista, electrónico o control y automatización preferentemente con estudios de posgrado en el área.

5. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA:

6. PERFIL DOCENTE:

CONOCIMIENTOS EXPERIENCIA PROFESIONAL

HABILIDADES ACTITUDES

• Teórico-prácticos sobre principios y leyes que rigen el comportamiento de los circuitos

eléctricos, modelado matemático, manejo de paquetería, de simulación y aplicaciones.

• En análisis y diseño de circuitos eléctricos aplicados al área de ing.

Eléctrica y/o electrónica, desde el punto de vista teórico-experimental haciendo uso de paquetería asociada a nivel de computadora personal

• Deseable con experiencia docente

• Facilidad de comunicación y expresión

• Motivación

• Creativo

• Ética

• Responsable

• Respetuoso

• Gusto por la docencia

• Dispuesto a una superación y

actualización continua y constante

ELABORÓ REVISÓ AUTORIZÓ

Ing. Alejandro Acuña Saavedra Ing. Guillermo Santillán Guevara Dr. Alberto Cornejo Lizarralde

PRESIDENTE DE ACADEMIA SUBDIRECTOR ACADÉMICO DIRECTOR DEL PLANTEL

FECHA: Marzo-2004