ORIENTACIONES PARA LA PRUEBA DE ACCESO A LAUNIVERSIDAD (P.A.U.)

1. NOMBRE DE LA MATERIA:

ELECTROTECNIA

2. NOMBRE DEL COORDINADOR:

Juan V. Mguez CamiaTelfono y horario de contacto: 913988240, lunes de 16:00 a 20:00.Las consultas se atendern preferentemente a travs del siguiente correo electrnico:jmiguez@ieec.uned.es

3. PRESENTACIN DE LA MATERIA:

La Electrotecnia es una disciplina que trata del aprovechamiento tcnico de las pro-piedades fsicas de la materia en cuanto a sus caractersticas elctricas y magnticas.Por lo tanto se fundamenta en la Fsica, especialmente en el Electromagnetismo. His-tricamente se considera que esta disciplina nace durante el siglo XIX con los trabajosde Oersted (1820), Henry y Faraday (1831) y aunque su desarrollo prosigui conti-nuamente puede aceptarse que alcanza un momento determinante con la exposicinpor parte de Maxwell de sus famosas ecuaciones (1873). Posteriormente son muchoslos cientficos e ingenieros que tomando estos conocimientos como base se dedicarona utilizarlos de forma prctica para alcanzar el actual progreso tecnolgico. Duranteel tiempo transcurrido se fue desarrollando primero la Electrotecnia para alcanzar losactuales conocimientos acerca de la generacin, transporte y utilizacin de la energaelctrica. Por otro lado, el control de dicha energa hizo necesario el mejorar los proce-dimientos de control, lo que dio lugar al nacimiento de la Electrnica, primero basadaen vlvulas y posteriormente (mediados del siglo XX) en dispositivos semiconductores,que son los actualmente utilizados de forma mayoritaria.

A la vista de la anterior resea histrica se puede intuir fcilmente que en el progra-ma que se presentar posteriormente se hace un repaso, necesariamente superficial, ala mayora de los conceptos, teoras y aplicaciones de la citada evolucin terica y tc-nica, empezando con unos mnimos conceptos de Electromagnetismo, y prosiguiendocon la teora de la Electricidad y la aplicacin de ambas a las mquinas elctricas; parafinalizar con una visin superficial de los dispositivos electrnicos de mayor inters enel control de la energa elctrica.

Segn las directrices ministeriales el programa de Electrotecnia debe estudiar lasaplicaciones tcnicas de la electricidad con fines tanto cientficos como tcnicos y debeproporcionar conocimientos relevantes que propicien posteriores desarrollos ms es-pecializados. Adems se especifica que sus contenidos se agruparn en tres grandescampos de conocimiento:

Los conceptos y leyes cientficas que expliquen los fenmenos fsicos que tienenlugar en los dispositivos elctricos.

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Los elementos constitutivos de los circuitos y aparatos elctricos y su disposiciny conexiones caractersticas.

Las tcnicas de anlisis, clculo y prediccin del comportamiento de circuitos ydispositivos elctricos.

4. OBJETIVOS GENERALES:

Los fundamentales objetivos fijados son:

1. Explicar el comportamiento de los dispositivos elctricos sencillos atendiendo alos principios y leyes fsicas que los fundamentan.

2. Seleccionar y conectar correctamente distintos componentes para formar un cir-cuito que responda a una finalidad predeterminada.

3. Calcular el valor de las principales magnitudes de un circuito elctrico compuestopor elementos discretos y que est trabajando en rgimen permanente.

4. Analizar e interpretar esquemas y planos de instalaciones y equipos elctricoscaractersticos, e identificar la funcin de un elemento o grupo funcional de ele-mentos en el conjunto.

5. Seleccionar e interpretar informacin adecuada para plantear y valorar solucio-nes, en el mbito de la Electrotecnia, a problemas tcnicos comunes.

6. Elegir y conectar el aparato adecuado para medir una magnitud elctrica, estimaranticipadamente su orden de magnitud y valorar el grado de precisin que exigeel caso.

7. Expresar las soluciones a un problema con un nivel de precisin coherente con elde las diversas magnitudes que intervienen en l.

5. ORIENTACIN PARA EL ESTUDIO:

Para el estudio de esta materia se requieren unos conocimientos matemticos bsicos,dentro de los que se destacan los siguientes:

Relaciones trigonomtricas elementales.

Representacin de vectores en el plano, tanto en forma cartesiana como en formapolar, conocimiento de cmo operar con ellos de forma elemental.

Conocimiento y representacin de las funciones trigonomtricas seno y coseno.

Conocimiento de la tcnica de resolucin de sistemas de ecuaciones lineales sen-cillos.

6. PROGRAMA:

El programa a seguir ha sido establecido por el Ministerio en el B.O.E., ORDENESD/1729/2008, de 11 de junio, y que se comenta brevemente a continuacin, aclaran-do algunos de los conceptos indicados que pueden resultar confusos. Las indicaciones

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como [3] muestran en qu textos de la bibliografa se pueden encontrar los diversaspartes del programa siguiente.

1. Conceptos y fenmenos elctricos [1], [2].

Magnitudes y unidades elctricas.

Intensidad y densidad de corriente.

Resistencia y conductancia. Ley de Ohm.

Diferencia de potencial (tensin) y fuerza electromotriz (f.e.m.)

Condensador: carga y descarga. Capacidad de un condensador.

Potencia, trabajo y energa.

Efecto trmico de la corriente elctrica. Ley de Joule.

Efecto fotovoltaico.

Es muy importante que el estudiante no confunda las principales unidades elc-tricas. Dado que estos conceptos se utilizarn durante todo el programa resultanfundamentales y deben ser completamente asimilados, sin duda alguna.

2. Conceptos y fenmenos electromagnticos [1], [2].

Magnetismo y fuentes del campo magntico: bobinas e imanes.

Induccin y flujo magnticos ( ~B y ).

Campos y fuerzas magnticas creados por corrientes elctricas.

Fuerzas electromagntica y electrodinmica (fuerzas sobre cargas en movi-miento y sobre conductores atravesados por corrientes elctricas).

Propiedades magnticas de la materia. Momento magntico y vector ima-nacin, ~M .Intensidad del campo magntico, ~H. Permeabilidades absoluta, del vaco yrelativa, , 0 y r. Relacin con la induccin magntica ( ~B = ~H + ~M).Curva de magnetizacin y ciclo de histresis.

Circuitos magnticos: Ley de Ampre, fuerza magnetomotriz (f.m.m.), re-luctancia y ley de Ohm de los circuitos magnticos.

Induccin electromagntica. Leyes de Faraday y Lenz. Bobina o inductore inductancia (cociente /i). Autoinduccin (L) e induccin mutua (M).Influencia de una inductancia en un circuito elctrico.

En este apartado se han aadido muchas precisiones pues la enumeracin originalde contenidos puede conducir a interpretaciones errneas. Por otra parte, losconceptos fundamentales son los de induccin y flujo magnticos y su relacincon una corriente elctrica que los origine. Tambin son imprescindibles las leyesde Faraday, Lenz y Ampre. La comprensin de la existencia de unas fuerzaselectromotrices inducidas y de fuerzas electrodinmicas resultarn fundamentalespara comprender las mquinas elctricas.

3. Circuitos elctricos [1], [3].

Circuitos elctricos de corriente continua (c.c.)

Resistencias y condensadores: caractersticas e identificacin. Pilas yacumuladores.

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Anlisis de circuitos de corriente continua: Leyes y procedimientos; aco-plamiento de receptores: tipos de asociaciones de elementos (serie, pa-ralelo, tringulo, . . . ), mxima transferencia de potencia; divisores detensin y de intensidad.

Caractersticas de la corriente alterna (c.a.)

Magnitudes y representacin de magnitudes senoidales, fasores. Comportamiento de resistencias, inductancias y de condensadores encorriente alterna.

Impedancia: resistencia y reactancia (inductiva o capacitiva). Variacinde la reactancia con la frecuencia.

Representacin grfica de fasores.

Anlisis de circuitos de corriente alterna monofsicos.

Leyes y procedimientos. Circuitos simples: RL serie y paralelo, RC serie y paralelo, RLCserie y paralelo.

Factor de potencia. Resonancia serie y paralelo.

Potencia en corriente alterna monofsica.

Potencias instantnea, activa, reactiva y aparente. Correccin del factor de potencia. Representacin grfica: tringulo de potencias.

Sistemas polifsicos.

Generacin. Formas de conexin. Magnitudes y caractersticas. Potencias. Mejora del factor de potencia.

En este apartado resulta fundamental el saber aplicar correctamente las leyesfundamentales (Ohm, Kirchhoff, . . . ) a circuitos elctricos muy simples. Para elloresulta imprescindible el dibujar y denotar correctamente el esquema del circuitoque deba analizarse. Este esquema facilitar el planteamiento de la resolucinmediante la adecuada aplicacin de las leyes fundamentales a los nudos y mallasexistentes.

4. Electrnica, [4].

Semiconductores: caractersticas e identificacin. Diodos, transistores y tiristores. Caractersticas y comprobacin. Amplificadores operacionales: caractersticas. Operadores lgicos: tipos. Circuitos electrnicos bsicos (esquemas tpicos elementales e ideas bsicas

de funcionamiento): rectificadores (media y doble onda, filtro de salida con condensador), amplificadores (con bipolares polarizado con cuatro resistencias y aco-plado en alterna, inversor y no inversor con operacionales),

multivibradores (astable bsico), fuentes de alimentacin (disipativa con transistor y zener),

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circuitos bsicos de control de potencia y de tiempo.

5. Dispositivos elctricos [5].

Conversin elctrica/lumnica.

Convertidores de energa elctrica en energa luminosa. Incandescencia. Tipos de lmparas de incandescencia. Luminiscencia. Tipos de luminiscencia. Tipos de lmparas de luminiscencia. Diodos emisores de luz. Eficiencia y ahorro energticos.

Paneles fotovoltaicos.

Tipos y caractersticas. Aplicaciones.

6. Mquinas elctricas, [5].

Transformadores.

Constitucin: ncleo, devanados, relacin de espiras. Funcionamiento: relacin de tensiones (ley de Faraday) y relacin deintensidades (ley de Ampre).

Prdidas y rendimiento.

Generadores de corriente alterna sncronos o alternadores. Constitucin ytipos. Funcionamiento (ley de Faraday).

Mquinas de corriente continua (c.c.): partes constitutivas: esttor o campoe inducido; colector de delgas. Conexionado.

Generadores de c.c: funcionamiento, prdidas y rendimiento. Motores de c.c: funcionamiento, par electromagntico, arranque e in-versin, ensayos bsicos.

Motores de corriente alterna de induccin o asncronos. Motores trifsicosy monofsicos. Conexionado. Funcionamiento y tipos de motores trifsicos.Arranque e inversin del sentido de giro. Ensayos bsicos.

Aqu se ha optado por reordenar la enumeracin original para evitar la separacinentre los motores y los generadores de corriente continua ya que al tratarse deuna mquina reversible su estudio conjunto puede facilitar la asimilacin de suscaractersticas fundamentales.

Este apartado tiene cierta relacin, desde el punto de vista de las aplicaciones,con el segundo apartado de este temario, por lo que deberan repasarse funda-mentalmente los fenmenos magnticos para proceder al estudio de las mquinaselctricas aqu explicadas.

7. Medidas electrotcnicas, [5].

Medidas en circuitos de corriente continua.

Medida de magnitudes de corriente continua. Errores.

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Instrumentos. Procedimientos de medida.

Medidas en circuitos de corriente alterna.

Medida de magnitudes de corriente alterna monofsica y trifsica. Erro-res.

Instrumentos. Procedimientos de medida.

Medidas en circuitos electrnicos.

Medida de magnitudes bsicas. Instrumentos. Procedimientos de medida.

8. Proteccin y seguridad, [5].

Protecciones elctricas bsicas.

Proteccin trmica. Fusibles. Proteccin magntica. Proteccin contra sobretensiones. Proteccin diferencial.

Obsrvese que al estudiar estas protecciones debera distinguirse entre lafuncin y el mecanismo de actuacin utilizado para conseguir la funciona-lidad perseguida. Por ejemplo, la proteccin trmica se basa en el efectoJoule por el que un conductor se calienta debido al paso de una intensidadde corriente lo que, en el caso de los fusibles, se utiliza para que el conductorse interrumpa por fusin del mismo si el paso de corriente excede un ciertoumbral. La funcionalidad es la de detectar y evitar un funcionamiento an-malo de un receptor por absorcin una intensidad de corriente superior a laprevista en funcionamiento normal.

Seguridad en instalaciones elctricas. Normas bsicas de prevencin del ries-go elctrico.

Efectos fisiolgicos del paso de la corriente elctrica por el cuerpo humano.

Quemaduras, tetanizacin y fibrilacin ventricular. Grfica intensidad/tiempo y curvas de efectos fisiolgicos.

Efectos medioambientales del uso de dispositivos elctricos.

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7. BIBLIOGRAFA:

La preparacin de este amplio temario es complicada debido a la necesaria utilizacinde mltiples textos. Como indicacin general, se aconseja utilizar de forma introduc-toria los textos propios de secundaria referentes a Fsica y a Tecnologa elctrica yTecnologa electrnica. A continuacin se citan otros textos que pueden encontrarsefcilmente y que abordan, en conjunto, el citado programa.

1. J.V. MGUEZ, J. CARPIO, M.A. CASTRO y F. MUR: Fundamentos fsicosde la ingeniera: electricidad y electrnica. 2a edicin. Ed. McGraw-Hill, 2010.

Este texto abarca los aspectos generales de Electromagnetismo, el anlisis decircuitos de corriente continua y de corriente alterna, as como una introduc-cin a los circuitos electrnicos.

2. R.A. SERWAY: Electricidad y magnetismo. (Tercera edicin revisada). Ed.McGraw-Hill, 1993.

Se trata de un texto muy claro pero que slo aborda los conceptos bsicosdel Electromagnetismo.

3. J. LPEZ GALVN y J. M. SALCEDO CARRETERO: Circuitos Elctricos.Primer Contacto. Anaya, 2005.

Es un texto excelente y muy conciso (147 pginas), que aborda de forma muyclara el estudio del anlisis de circuitos elctricos en continua, alterna y delos circuitos trifsicos.

4. A. MALVINO y D. BATES: Principios de electrnica. McGraw-Hill, 2007.

Se trata de un texto excelente, as como las ediciones anteriores, en las quese encontrarn perfectamente explicados la mayora de los contenidos de laparte correspondiente a Electrnica.

5. F. MARTNEZ DOMNGUEZ: Tecnologa elctrica. Paraninfo, 2003.

Se trata de un texto enfocado hacia la formacin profesional pero que permi-tir al estudiante cubrir algunos aspectos del temario como las proteccionesy las mquinas elctricas y, en menor medida, las medidas electrotcnicas.

Estos textos podran facilitar la confeccin de apuntes a los coordinadores y/oprofesores de cada centro de estudio.

Otros textos complementarios son los siguientes:

AGUSTN CASTEJN Y GERMN SANTAMARA, Tecnologa elctrica.McGraw-Hill, 1997.

Se trata de un libro dirigido a alumnos de bachillerato o de formacin profe-sional. A pesar de su concisin aborda con bastante claridad la mayor partede los contenidos de este programa.

JESS FRAILE MORA, Electromagnetismo y circuitos elctricos. McGraw-Hill, 2005.

Se trata de un libro de nivel universitario y dirigido a estudiantes de inge-niera, por lo que su nivel es mucho ms elevado que el del programa antesindicado. Sin embargo si el alumno pretende realizar estudios de este tipo

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puede resultarle de inters este texto pues es muy claro, especialmente enlo referente al anlisis de circuitos de corriente continua, alterna y trifsica.Existe un segundo tomo dedicado a las mquinas elctricas, pero creemos quesu nivel es demasiado elevado para el aqu perseguido.

8. ENLACES WEB DE INTERS:

En la siguiente pgina Web del Ministerio de Educacin se pueden encontrar bien ex-plicados la mayora de los conceptos matemticos necesarios para estudiar el programa.Si el alumno encuentra carencias de este tipo entonces puede utilizar este enlace pararepasar aquellos conceptos o procedimientos matemticos que necesite:

http://www.cnice.mecd.es/Descartes/descartes.htm

En la pgina del Ministerio tambin hay un enlace con conceptos (muy elementales)de electricidad:

http://www.cnice.mecd.es/recursos/fp/electricidad/index.html

La profesora Pilar Latorre del IES Salvador Victoria, con el apoyo de la Comunidadde Aragn, ha impulsado un canal web denominado AraTecno, Portal temtico parala enseanza de la tecnologa y que como su propio nombre indica, est dedicado ala enseanza de la Tecnologa en secundaria. Los apartados dedicados a electricidady electrnica contienen materiales de gran inters que pueden facilitar el estudio. Elenlace es:

http://www.catedu.es/aratecno/Tambin resulta muy interesante su apartado de enlaces, que permite visitar otrasmuchas pginas web con contenidos relacionados.

El captulo 11 de la gua La seguridad industrial: fundamentos y aplicaciones delMinisterio de Industria, se dedica a la seguridad elctrica. En dicho captulo puedenencontrarse explicaciones acerca del riesgo elctrico y cuestiones relacionadas con suproteccin. Esta gua puede encontrarse en el enlace:

http://www.ffii.es/publicaciones/ibro_seguridad_industrial/LSI_Cap11.pdfaunque una bsqueda en Internet de esta referencia puede mostrar otras ubicacionesde dicha gua.

Los fabricantes de material elctrico (Siemens, Schneider, etc.) suelen ofrecer ma-nuales tcnicos en sus pginas web que pueden complementar el estudio de las partesrelacionadas con las instalaciones elctricas. Por ejemplo, en la pgina web de Schnei-der, puede encontrarse el documento titulado Gua de diseo de instalaciones elc-tricas de 476 pginas. Su contenido es muy superior al exigido en este curso, pero scontiene elementos cuya lectura pueden ayudar a preparar algunos temas, por ejemplo,en su captulo E.2 se explican los esquemas de distribucin de tierras (no exigible) quejunto con el captulo F.4 dedicado a proteccin contra corrientes de defecto, puedenfacilitar la comprensin del mecanismo proteccin diferencial (s exigible).

Debe comentarse que aqu se han aportado unas direcciones url vlidas en el mo-mento de la confeccin de esta gua, pero los administradores de los servidores puedencambiar en cualquier momento dichos. Afortunadamente las modificaciones no suelenser grandes por lo que una sencilla bsqueda mediante algn buscador (p.ej. Google)puede facilitar los enlaces actualizados.

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9. EVALUACIN:

Los criterios de evaluacin tambin se recogen en la orden ministerial anteriormentecitada. De ellos se prestar especial atencin a la capacidad del estudiante de explicarcualitativamente los fenmenos que fundamentan esta materia y a representar y ana-lizar cuantitativamente los circuitos y elementos bsicos que se estudian, primando laclaridad de exposicin del trabajo realizado.

Con respecto a lo anterior, se valorar positivamente el realizar esquemas correctosy convenientemente denotados, cuando el ejercicio lo requiera. As, por ejemplo, en elesquema de una fuente de tensin continua conectada a dos resistencias en paralelo,deben indicarse la magnitud de la tensin de la fuente (denotada por U , por ejemplo),su polaridad (qu terminal tiene valor positivo y cul es el negativo) y, si es cono-cido, su valor (por ejemplo, U = 10V). Lo mismo puede decirse de las resistencias:smbolo y magnitudes involucradas (no slo la resistencia, sino tensin e intensidaden cada una de ellas). En la figura siguiente se muestra el mencionado esquema, com-pletamente denotado. El respeto a este requerimiento no slo permitir conocer si elestudiante comprende la estructura del circuito y las magnitudes involucradas, sinoque le facilitar el planteamiento de la resolucin del ejercicio propuesto.

+-

U = 10V

A

B

I

I1

I2

R1 R2

Se debe advertir que se valorar muy negativamente la incorrecta aplicacin de lasleyes fundamentales. As, para el citado ejemplo anterior, no se admite decir que latensin en la fuente es de 10V y que en cualquiera de las resistencias la tensin esdiferente, ya que no slo es obvio en este caso, sino que se quebranta la segunda ley deKirchhoff. Este tipo de errores debe evitarse revisando los esquemas correspondientes,como el antes comentado. Por tanto, no se considerarn como meros despistes.

En cuanto a la valoracin, como orientacin general, salvo en caso de cometererrores como los antes comentados, el correcto planteamiento de la resolucin de unejercicio de tipo prctico (problema) permitir obtener el 70% de la nota del mismo.Lgicamente, es difcil anticipar la valoracin exacta ya que dependiendo del ejerciciopuede haber distintos apartados.

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10. ORIENTACIONES ESPECFICAS PARA EL EXAMEN:

Con objeto de que el alumno se haga una idea clara del tipo de ejercicio al que ha deresponder se muestra a continuacin un modelo.

ATENCIN:

MATERIAL: Slo se permite utilizar calculadora no programable.

VALORACIN: En cada cuestin se indica su valor.

INSTRUCCIONES: Debe responder a cuatro ejercicios de los seis del enunciado pero eli-giendo dos ejercicios de 3 puntos y otros dos de 2 puntos.

J1

EJERCICIOS DE 3 PUNTOS: elegir dos de ellos.

EJERCICIO 1: Una espira rectangular de 100 cm2 gira a una velocidad de 1 000 r.p.m. en el seno de uncampo magntico de magnitud constante y de valor igual a 1Tesla. Calcule la f.e.m. inducida en la espira si:

1. el campo magntico tiene la misma direccin que el eje de giro de la espira.

2. el campo magntico tiene una direccin perpedicular al eje de giro de la espira.

EJERCICIO 2: Dibuje un rectificador de media onda que alimenta a una carga resistiva pura que debeestar sometida a 12V y que debe disipar 120A. Este circuito debe alimentarse desde una fuente de tensinalterna de 100V eficaces, a travs de un transformador ideal. Calcule la relacin de transformacin adecuada.

EJERCICIO 3: Un circuito R-L-C serie se alimenta con una fuente de tensin alterna de 100V de valoreficaz y de 100Hz. Calcule la intensidad de corriente que circula por este circuito si se sabe que R=50,L=30mH y C=50F.

EJERCICIOS DE 2 PUNTOS: elegir dos de ellos.

EJERCICIO 4: Explique brevemente qu leyes del Electromagnetismo determinan las ecuaciones carac-tersticas (la relacin de tensiones y la relacin de intensidades) de un transformador ideal de N1 espiras en elprimario y de N2 espiras en el secundario. Comente estas leyes en menos de 12 lneas.

EJERCICIO 5: Enumere los instrumentos de medida que permiten medir tensiones y explique brevementesus caractersticas (en menos de 30 lneas).

EJERCICIO 6: Dibuje el esquema de un operacional y explique brevemente sus caractersticas (en menosde 30 lneas) haciendo hincapi en la relacin que liga su tensin de salida con las tensiones de entrada.

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