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Información detallada de curso

 

Primer semestre 2017
Mar 29, 2024
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1. IDENTIFICACION DEL CURSO

Código y Nombre de la Asignatura: IEL 4145 - SISTEMAS ELECTRONICOS
División Académica: División de Ingenierías
Departamento Académico: Dpto.Ing Eléctrica-Electrónica
Número de créditos:
Intensidad horaria (semanal para nivel pregrado y total para nivel postgrado):
2.000 Horas de Teoría
2.000 Horas de Laboratorio
Niveles: Educación Continua, Educación Superior Pregrado
Tipos de Horario: Teoría


En esta asignatura se estudian los principios básicos de circuitos AC, DC, dispositivos de estado sólido y electrónica de potencia necesarios para el estudio de sistemas digitales y de instrumentación, enfocados a su selección y uso en entornos industriales.

DESCRIPCIÓN AMPLIA

A lo largo del curso se estudian sistemas eléctricos y electrónicos orientados a aplicaciones de ingeniería mecánica. La asignatura está dividida en cinco secciones: La primera sección está diseñada para conocer los diferentes elementos con los que se trabajará durante el desarrollo de la asignatura así como el vocabulario que se utilizará en la misma. En la segunda sección se aprenden los conceptos, leyes y teoremas fundamentales de los circuitos eléctricos, necesarios para comprender el funcionamiento de los sistemas eléctricos y electrónicos a estudiar. La tercera sección comprende la teoría asociada a la electrónica de potencia, sus principios de funcionamiento y la conmutación de dispositivos semiconductores (diodos, amplificadores operacionales) para el control y la conversión de la energía eléctrica. En la cuarta parte se estudian los sistemas electrónicos digitales a partir de compuertas lógicas, leyes lógicas, transductores y acondicionadores, llegando hasta los modelos que utilizan los microprocesadores para su operación. Finalmente, se trabajarán temas relacionados con instrumentación: sensores y transductores, acondicionamiento de señales, visualización y registro.


3. JUSTIFICACIÓN
Un ingeniero mecánico encontrará en su entorno laboral diversos sistemas eléctricos y electrónicos, principalmente en tres áreas: diseño de máquinas, procesos industriales y sistemas térmicos. Por esto, se hace necesario el estudio de la teoría básica de electrónica de potencia, sistemas digitales e instrumentación. Además, la realidad industrial implica el conocimiento de conceptos prácticos, que brinden soluciones de rápida implementación y puesta en marcha. De esta manera, la asignatura de Sistemas Electrónicos le entregará al estudiante de ingeniería mecánica las herramientas para seleccionar adecuadamente los distintos elementos que hacen parte de las soluciones en un entorno industrial.


4. OBJETIVOS

4.1. OBJETIVO GENERAL
Proporcionar al estudiante los principios básicos de sistemas eléctricos y electrónicos que le sirvan como base en su quehacer profesional.
Área temática a desarrollar: 10: Seleccionar, modelar, analizar, diseñar y evaluar microprocesadores y microcontroladores digitales e implementar aplicaciones basadas en ellos.
Competencia específica: Función 1: Modelar, analizar, diseñar, construir, programar y evaluar circuitos y sistemas digitales.
SO a documentar: h; “The broad education necessary to understand the impact of engineering solutions in a global, economic, environmental, and societal context.”

4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS.
Al finalizar el curso los estudiantes estarán en capacidad de:
Aplicar leyes y teoremas básicos de circuitos eléctricos AC y DC. (CGI 1, CGI 2).
Validar de manera experimental la teoría básica de circuitos eléctricos, transformadores, convertidores y OPAMP según su aplicación. (CI1, CI6, CI10, CGI 1) (CI 1, CI 6, CI 10, CGI 1).
Identificar el funcionamiento de semiconductores tanto análogos como digitales. (CGI 1).
Reconocer los distintos elementos que conforman un sistema de instrumentación. (CGI 1).
Emplear herramientas de simulación para explorar conceptos de circuitos eléctricos y electrónicos, y sistemas de instrumentación. (CI 1, CGI 2, CGI 3).
Demostrar dominio del idioma español, evidenciado en claros y organizados reportes orales y escritos de los trabajos de la asignatura. (CGI 4).


5. RESULTADOS DEL APRENDIZAJE

El estudiante deberá reconocer los diferentes elementos y configuraciones de un sistema de instrumentación.

El estudiante deberá ser capaz de argumentar sus criterios de selección de herramientas.

El estudiante deberá ser capaz de simular sistemas eléctricos a su nivel de conocimiento.

El estudiante debe ser capaz de interconectar dispositivos eléctricos y electrónicos.

El estudiante deberá mostrar sus habilidades para desarrollar la solución de problemas.


6. METODOLOGÍA
El curso se basa en la asistencia por parte del estudiante a una clase de corte magistral a cargo del profesor. Además, como mecanismo para consolidar el proceso de aprendizaje, esta actividad se complementa con el desarrollo de laboratorios basados en prácticas y simulaciones.
Es de destacar que el estudiante está comprometido a revisar y analizar el material correspondiente a cada clase, con el fin de alcanzar los objetivos propuestos. Al momento del desarrollo de la clase, el docente procurará construir los conectores necesarios para que el estudiante integre los nuevos conceptos con su estructura previa de conocimiento, generando un ambiente de motivación. Con los conectores disponibles, el estudiante formula todas sus opiniones argumentadas, inquietudes y dudas que se le presenten antes, durante y después de la presentación de cada tema. El docente procurará que la discusión mantenga el norte trazado y debe prestar oportuna asesoría para fomentar el proceso de aprendizaje.


7. MEDIOS
El profesor expondrá el tema de clase apoyado con ayudas audiovisuales como videobeam, e informáticas como Catálogo Web, bases de datos e Internet. Se utilizará software especializado para simulación (Spice, MATLAB y FilterPro). Además, se hará uso de equipos de medición, dispositivos electrónicos y elementos asociados con las prácticas de laboratorio.


8. PRE-REQUISITOS POR TÓPICOS.
8.1 Conceptos de C.C y C.A.
8.2 Mediciones eléctricas básicas.
8.3 Componentes eléctricos básicos.
8.4 Conceptos de energía y potencia.


9. CONTENIDO
TÓPICO
No DE HORAS
1. Introducción a la asignatura.
Definiciones básicas: (Intensidad de corriente, diferencia de potencial, Potencia, Energía).
Materiales utilizados: (conductores, semiconductores y aislantes).
Elementos de un circuito: (Resistencia, Condensador, Inductores).
Simbología.
Sistemas Internacional de Unidades, prefijos y magnitudes eléctricas.

2. Circuitos AC y DC.
Conceptos básicos: (Componente, Nodo, Rama, Malla)
Ley de Ohm.
Fasores.
Análisis de Circuitos: Método de nodos.
Análisis de circuitos: Método de mallas.

3. Electrónica de potencia.
Amplificadores Operacionales.
Diodos.
Convertidores AC- AC.
Convertidores AC- DC.
Convertidores DC- AC.
Convertidores DC- DC.

4. Sistemas digitales.
Lógica Digital.
Compuertas lógicas.
Transductores.
Acondicionadores.
Microprocesadores.

5. Instrumentación.
Transducción.
Acondicionamiento (filtros, transmisores/interfaces).
Visualización y registro.

10. USO DEL COMPUTADOR
Para el modelado y la simulación se recurre al computador. (CI9)


11. CONTENIDO POR CATEGORÍAS
Ciencias de la Ingeniería 70%
Diseño de Ingeniería 30%


12. DESARROLLO ESTUDIANTIL
12.1 Trabajos y proyectos
Los estudiantes deben desarrollar trabajos prácticos asignado por el profesor. (SO g)
12.2 Prácticas y proyectos de laboratorio
PRÁCTICA
SESIONES
SEMANA
1. Uso del multímetro, protoboard y otros elementos

2. Montajes y medidas en circuitos

3. Máquinas eléctricas

4. Dispositivos electrónicos básicos

5. Electrónica de potencia

6. Sensores

7. Trabajo integrador

13. EVALUACIONES
Primer corte de trabajos 20% (agosto 21).
Trabajo teórico 10% (agosto 28).
Segundo corte de trabajos 20% (septiembre 25).
Tercer corte de trabajos 20% (octubre 16).
Cuarto corte de trabajos 20% (noviembre 6).
Examen Final 10% (programado por registro).
El SO h se evaluará con los exámenes teóricos.
Entrega de notas: M= 1er corte, 1er trabajo teórico 2ª corte de trabajos. F= Las demás

14. BIBLIOGRAFÍA
Textos guía
VILLASEÑOR, J., Hernández, F. Circuitos eléctricos y aplicaciones digitales. 2ª Edición. Pearson. México, 2013.
GUERRERO, Javier. CANDELO, John. Análisis de circuitos eléctricos estado estable. Ediciones Uninorte. 2011.
COUGHLIN, Robert F. DRISCOLL, Frederick F. Amplificadores operacionales y circuitos integrados lineales. 5° Edición, Prentice-Hall, 1999
BOYLESTAD, Robert L. Electrónica Teoría de Circuitos 6° edición, Prentice-Hall, 1999.
RASHID, MUHAMMAD. Microelectronic Circuits: Analysis and Design. PWS Publishing Company. Boston, 1999.
ERICKSON, R. W. Fundamentals of Power Electronics. 2nd Ed. Springer 2001.
SEDRA, Adel; SMITH, Kenneth. Microelectronic Circuits. 4a Ed. Oxford Unversity Press. New York, 1998. 1359 p.
FLOYD, Thomas L., Fundamentos de Sistemas Digitales. 9° Edición. Prentice-Hall, 2006.
Documentos de lectura asignados por el profesor.
13.2 Textos de consulta
TOKHIEM, R.L. Fundamentos de los microprocesadores. Ed. McGraw-Hill, 2ª Edición. 1991. Madrid.
PALLÁS-ARENY, Ramón. Sensores y acondicionadores de señal. Barcelona: Marcombo; Boixareu, 1998, 480 p.
REHG, James A.; SARTORI, Glenn. Industrial electronics. Upper Saddle River, N.J.: Pearson Prentice Hall, 2006, 862 p.
KISSELL, Thomas E. Industrial electronics: applications for programmable controllers, instrumentation and process control, and electrical machines and motor controls. Upper Saddle River: Prentice Hall, 2003, 904 p.
WEBSTER, John (Editor). The Measurement, Instrumentation and Sensors Handbook. CRC Press, 1998, 2608 p.
13.3 Principales direcciones en Internet
http://www.industry.usa.siemens.com/services/us/en/industry-services/training/self-study-courses/pages/self-study-course.aspx
http://www.ni.com/academic/measurements.htm
https://es.wikipedia.org
Preparado por Eric Vallejo R. Fecha: julio de 201
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