Download Libro Bachillerato Curr™c. Ext.

Electrotecnia
ELECTROTECNIA
INTRODUCCIÓN
La Electrotecnia estudia las aplicaciones prácticas de los fenómenos eléctricos y
magnéticos en la vida cotidiana y con fines industriales y científicos. Abarca un
amplio campo que va desde la producción, transporte y distribución de la energía
eléctrica hasta su uso en múltiples aplicaciones: alumbrado, calefacción y
refrigeración, producción de fuerza motriz, comunicaciones alámbricas e inalámbricas,
medida de magnitudes, control de procesos, etcétera.
La finalidad de la Electrotecnia en el Bachillerato es ofrecer una formación
semiespecializada en este campo de la cultura técnica, proporcionando aprendizajes
directamente relevantes en la vida diaria y en una posible inserción profesional, así
como la base necesaria para cursar múltiples opciones de formación técnica más
especializada, tanto en los ciclos formativos de formación profesional como en
estudios universitarios de ingeniería. Se trataría de desarrollar en los alumnos y
alumnas capacidades de razonamiento lógico, transferencia de conocimientos y
creatividad que les permitan una mejor comprensión del mundo que les rodea, así
como acometer el análisis sistemático de circuitos y sistemas electrotécnicos, ya sea
para justificar su funcionamiento y construcción, ya sea para modificarlos y que
respondan a nuevos planteamientos.
Considerando la gran extensión de conocimientos y aplicaciones relacionadas con
la electrotecnia, y teniendo en cuenta la finalidad de esta materia en el Bachillerato,
para configurarla se han seleccionado una serie de contenidos básicos del ámbito de la
electricidad y la electrónica, organizados en torno a tres grandes ejes:
Los conceptos y leyes científicas que explican los fenómenos que tienen lugar en
los dispositivos eléctricos y electrónicos.
Los elementos de que se componen circuitos y aparatos eléctricos y electrónicos,
su disposición y conexiones y las técnicas de diseño y construcción de los mismos.
Las técnicas de medida de magnitudes y los procedimientos de análisis, cálculo y
predicción del comportamiento de circuitos y dispositivos eléctricos.
Los alumnos y alumnas durante la etapa de Educación Secundaria Obligatoria,
especialmente en lo que concierne al segundo ciclo, han adquirido un cierto grado de
351
Bachillerato. Currículo para Extremadura
pensamiento abstracto que necesitan consolidar hasta alcanzar un desarrollo adecuado
a su edad. También en esa etapa educativa los alumnos y alumnas han adquirido
nociones básicas de diseño y realización de circuitos eléctricos y electrónicos que
ahora es preciso complementar y afianzar. En tal sentido, el carácter de ciencia
aplicada de la electrotecnia le confiere un valor formativo relevante, al integrar y
aplicar conocimientos procedentes de disciplinas científicas de naturaleza más
abstracta y especulativa con conocimientos empíricos procedentes del desarrollo de la
técnica.
La Electrotecnia, junto con otras materias tecnológicas del Bachillerato, como
Mecánica y Tecnología Industrial, extiende y sistematiza conocimientos básicos de
tecnología adquiridos en la Educación Secundaria Obligatoria y en la Materia de
Tecnología Industrial I, y al mismo tiempo les confiere un carácter más “ingenieril”,
precursor de opciones formativas encaminadas a la actividad profesional en la
industria. El núcleo central de la materia lo constituye el estudio teórico y práctico de
los circuitos eléctricos y electrónicos, complementado con un conocimiento de
dispositivos y máquinas marcadamente aplicativo.
Los conceptos se han de tratar con mayor rigor científico que en la etapa
precedente, dando más importancia a la comprensión de los fenómenos físicos y leyes
que al modelo matemático utilizado para formalizarlos o justificarlos, que más bien
debe servir como complemento. El estudio de las máquinas y dispositivos ha de
hacerse de forma sistemática, partiendo de sus fundamentos científicos, pero entrando
a continuación en sus características técnicas y aplicaciones típicas, a ser posible
mediante su manipulación experimental. Se dedicará un especial interés al análisis,
diseño y medida de circuitos eléctricos y electrónicos, utilizando el lenguaje gráfico
normalizado e introduciendo los métodos y teorías habitualmente empleados en
ingeniería eléctrica, debidamente adaptados a este nivel, así como su simulación
mediante programas informáticos.
Se concederá también la debida atención a las implicaciones científicas y sociales
del conocimiento y el progreso técnico en el campo de la electricidad y la electrónica,
por su enorme influencia en las últimas etapas de la historia de la Humanidad, así
como a su impacto sobre el medio ambiente y el equilibrio de la Naturaleza. Y se
procurará relacionar el aprendizaje de la materia con los recursos naturales,
económicos e industriales de Extremadura, dentro del contexto más amplio de España
y la Unión Europea.
La evaluación de los alumnos y alumnas en Electrotecnia se efectuará como un
proceso continuo e individualizado a lo largo de todo el período de enseñanzaaprendizaje, valorando la adquisición de conocimientos, el adecuado uso de técnicas y
procedimientos y la asunción de determinadas actitudes y normas, de acuerdo con los
objetivos, contenidos y criterios de evaluación de la materia.
352
Electrotecnia
OBJETIVOS GENERALES
1.- Explicar el comportamiento de dispositivos eléctricos y electrónicos sencillos,
y señalar los principios y leyes físicas que los fundamentan.
2.- Seleccionar y conectar correctamente distintos componentes para formar
circuitos que respondan a finalidades predeterminadas.
3.- Calcular el valor de las principales magnitudes de circuitos eléctricos
compuestos por elementos discretos en régimen permanente.
4.- Analizar e interpretar esquemas y planos de instalaciones y equipos eléctricos
característicos, e identificar la función de un elemento o grupo funcional de
elementos en el conjunto.
5.- Seleccionar e interpretar información adecuada para plantear y valorar
soluciones, en el ámbito de la electrotecnia, a problemas técnicos comunes.
6.- Elegir y conectar el aparato adecuado para medir una magnitud eléctrica,
estimar anticipadamente su orden de magnitud y valorar el grado de precisión
que exige el caso.
7.- Expresar las soluciones a un problema con un nivel de precisión coherente con
el valor de las diversas magnitudes que intervienen en él.
8.- Aplicar las nuevas tecnologías informáticas como fuente de información y
utilizarlas para la simulación, medida y cálculo de circuitos eléctricos y
electrónicos analógicos.
9.- Relacionar la evolución de las tecnologías eléctrica y electrónica con el
progreso técnico en general, sus implicaciones sociales y su impacto sobre el
equilibrio de la naturaleza.
CONTENIDOS
I. Conceptos y Fenómenos Eléctricos.
1.- Fuerzas electrostáticas. Campo eléctrico. Magnitudes y unidades eléctricas:
Diferencia de potencial. Formas de generar una diferencia de potencial, tipos de
generadores. Fuerza electromotriz. Intensidad y densidad de corriente.
Resistencia, conductancia. Conductores y aislantes. Rigidez dieléctrica y
descarga disruptiva. Condensadores eléctricos: Carga y descarga, capacidad de
un condensador, acoplamiento en serie y paralelo. Potencia, trabajo y energía
eléctrica. Efecto térmico de la corriente eléctrica, ley de Joule. Otros efectos de
la corriente eléctrica.
353
Bachillerato. Currículo para Extremadura
II. Conceptos y Fenómenos Electromagnéticos.
2.- Imanes. Magnitudes del campo magnético: Inducción y flujo magnético,
momento magnético. Campos magnéticos creados por corrientes eléctricas.
Fuerzas electromagnética y electrodinámica. Fuerza sobre una corriente en un
campo magnético.
3.- Propiedades magnéticas de la materia. Permeabilidad. Magnetización. Ciclo de
histéresis. Circuito magnético. Fuerza magnetomotriz. Reluctancia. Ley de
Ohm de los circuitos magnéticos. Resolución de un circuito magnético con
entrehierro.
4.- Inducción electromagnética. Ley de Faraday. Inducción mutua y autoinducción.
Influencia de una autoinducción en un circuito eléctrico.
III. Circuitos Eléctricos.
5.- Circuito eléctrico de c.c. Resistencias y condensadores. Características.
Identificación. Pilas y acumuladores. Análisis de circuitos de c.c. Leyes y
procedimientos. Acoplamientos de receptores. Divisor de tensión e intensidad.
6.- Circuito eléctrico de corriente alterna. Generación de una c.a. Características de
la c.a. Magnitudes senoidales. Efectos de la resistencia, autoinducción y
capacidad en la c.a. Reactancia. Impedancia. Variación de la impedancia con la
frecuencia. Representación gráfica. Potencia en c.a. monofásica: instantánea,
activa, reactiva y aparente. Representación gráfica. Análisis de circuitos de
corriente alterna monofásicos. Leyes y procedimientos. Circuitos simples.
Acoplamientos. Corrección del factor potencia. Resonancia serie y paralelo.
7.- Sistemas polifásicos. Generación. Acoplamiento en estrella y en triángulo.
Potencias. Mejora del factor de potencia.
IV. Máquinas Eléctricas.
8.- Máquinas rotativas de corriente continua: principios de funcionamiento y
constitución interna, reversibilidad. Conmutación. Reacción del inducido.
Magnitudes básicas: fuerza electromotriz y par electromagnético. Generadores
de c.c., tipos, características de funcionamiento y aplicaciones. Motores de c.c.,
tipos, características de funcionamiento y aplicaciones. Conexionado, arranque
e inversión de giro, regulación de la velocidad.
9.- Máquinas rotativas de corriente alterna: Alternadores, constitución interna,
tipos, funcionamiento. Motores de corriente alterna, síncronos y asíncronos,
monofásicos y trifásicos. Funcionamiento y aplicaciones. Conexionado,
arranque e inversión de giro, regulación de la velocidad.
10.- Transformadores monofásicos y trifásicos. Funcionamiento. Constitución.
Pérdidas y rendimiento. Tipos y aplicaciones.
354
Electrotecnia
V. Dispositivos y Circuitos Electrónicos.
11.- Semiconductores. Códigos. Identificación. Diodos, transistores, tiristores,
termistores, varistores, fotorresistencias, LED, fotoelementos. Valores
característicos y su comprobación.
12.- Amplificadores operacionales. Operadores lógicos. Tipos, características,
aplicaciones.
13.- Circuitos electrónicos básicos. Rectificadores. Filtros. Amplificadores.
Osciladores. Multivibradores. Fuentes de alimentación. Circuitos básicos de
control de potencia y de tiempo.
VI. Medidas Electrotécnicas.
14.- Medidas en circuitos de c.c. Errores. Instrumentos. Procedimiento de medida.
15.- Medidas en circuitos de c.a. monofásica y trifásica. Instrumentos. Procedimiento
de medida.
16.- Medidas en circuitos electrónicos. Medida de las magnitudes básicas.
Instrumentos. Procedimiento de medida.
17.- Ensayos básicos de dispositivos y máquinas eléctricas.
18.- Simulación, cálculo y medida de magnitudes en circuitos eléctricos y
electrónicos analógicos a través de programas de ordenador.
VII. Instalaciones Electrotécnicas.
19.- La red eléctrica. Instalaciones receptoras de baja tensión: conductores,
canalizaciones, elementos de conexión, accionamiento y protección. Peligros
de la corriente eléctrica, sistemas de seguridad y protección. Circuitos de
alumbrado. Sistemas de calefacción y refrigeración.
VIII. Electrotecnia y Sociedad.
20.- Evolución histórica de la electricidad y la electrónica. Influencia en la vida
cotidiana y en el desarrollo de la industria y las comunicaciones.
CRITERIOS DE EVALUACIÓN
1. Explicar cualitativamente el funcionamiento de circuitos simples destinados a
producir luz, energía motriz o calor, y señalar las relaciones e interacciones entre los
fenómenos que tienen lugar en ellos.
Se trata de que los alumnos/as interpreten correctamente el funcionamiento de un
circuito y sus elementos, prediciendo los efectos que en él tienen lugar sin necesidad
de tener que recurrir a cálculos para su explicación.
355
Bachillerato. Currículo para Extremadura
2. Seleccionar elementos o componentes de valor adecuado y conectarlos
correctamente para formar un circuito, característico y sencillo.
Los alumnos/as deben ser capaces de conocer los códigos de colores, las
características y el funcionamiento de los distintos componentes eléctricos, de manera
que sean capaces de seleccionar por sí solos aquellos que sean necesarios para la
correcta implementación de un circuito destinado a una aplicación característica,
respetando la normativa y aplicando las debidas normas de seguridad.
3. Explicar cualitativamente los fenómenos derivados de una alteración en un
elemento de un circuito eléctrico sencillo y describir las variaciones que se espera que
tomen los valores de tensión y corriente.
Se trata de que el alumno/a sea capaz de intuir las variaciones que sufrirán tanto la
corriente como la tensión dentro de un circuito con elementos resistivos, capacitivos
y/o inductivos, cuando se modifique la colocación o el valor de alguno de ellos, así
como de explicar de una manera clara qué le ocurrirá al resto de componentes de dicho
circuito como consecuencia de ello.
4. Calcular y representar vectorialmente las magnitudes básicas de un circuito
mixto simple, compuesto por cargas resistivas y reactivas y alimentado por un
generador senoidal monofásico.
El alumno/a debe ser capaz de trabajar y calcular de forma módulo-argumental
(fasores) los valores complejos de la tensión, corriente e impedancia en régimen
permanente; saber representarlos vectorialmente, identificando el papel del ángulo de
desfase así como de las componentes real e imaginaria de la impedancia. También
debe saber interpretar las componentes de la potencia así como su relación con los
distintos tipos de carga que posea el circuito.
5. Analizar planos de circuitos, instalaciones y equipos eléctricos de uso común e
identificar la función de un elemento discreto o de un bloque funcional en el conjunto.
Se trata de que, partiendo de un plano eléctrico, el alumno/a sea capaz de analizar
las diferentes partes del mismo, la función de cada componente o bloque, utilizando
para ello un vocabulario técnico adecuado.
6. Representar gráficamente en un esquema de conexiones o en un diagrama de
bloques funcionales la composición y el funcionamiento de una instalación o equipo
eléctrico sencillo y de uso común.
Los alumnos/as deben dominar la simbología eléctrica de manera que, partiendo
de un esquema o un diagrama de bloques, sepan identificarlo en cada situación así
como su funcionamiento.
7. Interpretar las especificaciones técnicas de un elemento o dispositivo eléctrico y
determinar de ellas las magnitudes principales de su comportamiento en condiciones
nominales.
356
Electrotecnia
Se trata de que los alumnos/as sepan interpretar en un elemento o dispositivo,
cuáles son los valores nominales y máximos de funcionamiento, tensión nominal,
potencia, corriente para comprender su funcionamiento.
8. Medir las magnitudes básicas de un circuito eléctrico, seleccionando el aparato
de medida adecuado, conectándolo correctamente y eligiendo la escala óptima.
Interpretar las medidas efectuadas para verificar su correcto funcionamiento,
localizar averías e identificar sus posibles causas.
Se trata de realizar mediciones sobre un circuito de sus magnitudes principales,
utilizando el voltímetro, amperímetro, potenciómentro, etc. eligiendo el fondo de
escala correspondiente y conectándolo al aparato correctamente. Asímismo comprobar
que las mediciones realizadas corresponden con las calculadas teóricamente o con las
especificadas en las características del elemento o dispositivo, así como detectar las
causas de las averías encontradas.
9. Montar y comprobar mediante programas de simulación por ordenador
circuitos eléctricos y electrónicos analógicos a partir del esquema de una aplicación
característica.
Los alumnos/as han de ser capaces de interpretar los esquemas de conexiones de
circuitos eléctricos y electrónicos analógicos, seleccionar y conectar de forma
adecuada, mediante simulación asistida por ordenador, los componentes, realizar
mediciones y cálculos y verificar su correcto funcionamiento.
10. Utilizar las nuevas tecnologías de la información y la comunicación para la
búsqueda de información técnica sobre materiales, técnicas y sistemas utilizados en el
diseño de máquinas y estructuras.
La aplicación de este criterio supone que el alumno/a sea capaz de utilizar el
ordenador como una herramienta eficaz para la búsqueda de información relativa a
cada tema, bien sea a través de enciclopedias virtuales, bien sea a través de Internet;
valorar con sentido crítico dicha información y aplicarla con coherencia.
11. Demostrar curiosidad e interés por conocer los últimos avances en
electricidad y electrónica, y valorar su influencia sobre la vida de las personas y su
posible impacto sobre el medio ambiente y el equilibrio ecológico.
Con este criterio se valora el interés de los alumnos por conocer la evolución que
se produce en electricidad y electrónica, su curiosidad ante cualquier novedad, su
análisis ante el avance que representa y la valoración que hace, debido a la repercusión
que puede tener en nuestra vida y en el medio ambiente.
357