1.- DATOS DE LA ASIGNATURA Nombre de la asignatura: Principios de Electromecánica Carrera: Ingeniería en Innovación Agrícola Sustentable Clave de la asignatura: ASM-0732 Horas teoría-horas práctica-créditos: 3-2-8

2.- HISTORIA DEL PROGRAMA Lugar y fecha de elaboración o revisión Instituto Tecnológico de El Llano Aguascalientes, del 23 al 27 de octubre del 2006.

Observaciones (cambios y justificación) Reunión de Diseño curricular Representantes de los de la carrera de Ingeniería en Institutos Tecnológicos Innovación Agrícola de: Celaya, Chihuahua II, Ciudad Valles, Roque Sustentable del Sistema Cuenca de Papaloapan, Nacional de Educación El Llano Aguascalientes, Superior Tecnológica Minatitlán, Los Mochis, Orizaba, Querétaro, Zona Maya, San Juan del Río, Tizimin, Tlajomulco, Torreón, Tuxtepec, Valle de Oaxaca, Valle de Morelia, Valle del Yaqui y Zona Olmeca

Instituto Tecnológico de Chihuahua II, de noviembre 2006 a enero 2007

Representante de la Academia de Ciencias Básicas

Participantes

Instituto Tecnológico de Representantes de los Roque, del 15 al 19 de Institutos Tecnológicos participantes en el enero del 2007 diseño de la carrera de Ingeniería en Innovación Agrícola Sustentable

Análisis, enriquecimiento y elaboración del programa de estudio propuesto en la Reunión Nacional de Diseño Curricular de la carrera de Ingeniería en Innovación Agrícola Definición de los programas de estudio de la carrera de Ingeniería en Innovación Agrícola Sustentable

3.- UBICACIÓN DE LA ASIGNATURA a). Relación con otras asignaturas del plan de estudio Anteriores Asignaturas Temas - Funciones Matemáticas I Matemáticas II

- Derivada

Matemáticas III

- Integral

Posteriores Asignaturas Temas - Motobonbas Hidráulica Sistemas de Riego Presurizado

- Riego por aspersión - Riego por goteo

Fertirrigación

- Fertilizantes utilizados en el fertirriego

b). Aportación de la asignatura al perfil del egresado Proporciona fundamentos teóricos para analizar situaciones físicas relacionadas con el movimiento de los cuerpos y con el uso de la energía eléctrica.

4.- OBJETIVO(S) GENERAL(ES) DEL CURSO Conocerá e interpretará los conceptos involucrados en el estudio del movimiento, las relaciones entre ellos y su uso en la solución de problemas prácticos. Conocerá los conceptos básicos involucrados en la generación de la corriente alterna y las máquinas eléctricas directamente relacionadas con su desempeño profesional.

5.- TEMARIO Unidad Temas 1 Cinemática

Subtemas 1.1 Conceptos: posición, velocidad y aceleración. 1.2 Movimiento uniforme 1.3 Movimiento uniformemente acelerado

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Cinética

2.1 2a ley de Newton 2.2 Principio del impulso y cantidad de movimiento 2.3 Trabajo y otras manifestaciones de energía 2.4 Potencia

3

Conceptos básicos de electricidad

3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7

4

Corriente alterna e introducción a las máquinas eléctricas

3.1 Magnetismo. Flujo magnético 3.2 Ley de Faraday. Generación de voltaje por inducción electromagnética 3.3 Transformador 3.3.1 Principio de operación 3.3.2 Capacidad y aplicaciones 3.4 Principio de operación del motor 3.5 Reactancia inductiva 3.6 Factor de potencia y su corrección

Carga eléctrica y fuerza electrostática Concepto de voltaje y su generación Concepto de corriente Resistencia y conductividad eléctricas Ley de Ohm Circuitos resistivos Potencia eléctrica

6.- APRENDIZAJES REQUERIDOS • • •

Conceptos de función, derivada e integral. Cálculo de derivadas e integrales básicas. Interpretación de gráficas.

7.- SUGERENCIAS DIDÁCTICAS •

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La lista de actividades de aprendizaje no es exhaustiva, se sugieren sobre todo las necesarias para hacer más significativo y efectivo el aprendizaje de la física. Estas actividades pueden ser enriquecidas; por ejemplo, recomendando hacer consultas sobre la forma en que han evolucionado históricamente los conceptos tratados en el curso y discutiendo en clase los resultados de dichas consultas. En las actividades de aprendizaje sugeridas generalmente se propone la formalización de los conceptos a partir de experiencias concretas; se busca que el alumno tenga el primer contacto con el concepto en forma concreta, que haga la modelación del fenómeno, discutiendo con sus compañeros y comenzando con ello la formalización, la resolución de problemas se hará después de este proceso. Evitar que la materia sea abordada como una materia axiomático-deductiva en la que se tomen las leyes como axiomas y se deduzcan sus consecuencias resolviendo problemas numéricos con el uso de lápiz y papel, o gis y pizarrón solamente.

De Manera general: • • •

Propiciar actividades de búsqueda, selección y análisis de información en distintas fuentes. Propiciar el uso de las nuevas tecnologías en el desarrollo de la asignatura (procesador de texto, hoja de cálculo, base de datos, graficador, Internet, etc.). Fomentar actividades grupales que propicien la comunicación, el intercambio argumentado de ideas, la reflexión, la integración y la colaboración de y entre los estudiantes.

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• • • • •

Propiciar, en el estudiante, el desarrollo de actividades intelectuales de inducción-deducción y análisis-síntesis, las cuales encaminan al alumno hacia la investigación. Llevar a cabo actividades prácticas que promuevan el desarrollo de habilidades para la experimentación, tales como: identificación manejo y control de de variables y datos relevantes, planteamiento de hipótesis, de trabajo en equipo. Desarrollar actividades de aprendizaje que propicien la aplicación de los conceptos, modelos y metodologías que se van aprendiendo en el desarrollo de la asignatura. Proponer problemas que permitan al estudiante la integración de contenidos de la asignatura y entre distintas asignaturas, para su análisis y solución. Observar y analizar fenómenos y problemáticas propias del campo ocupacional. Relacionar los contenidos de esta asignatura con las demás del plan de estudios para desarrollar una visión interdisciplinaria en el estudiante. Cuando los temas lo requieran, utilizar medios audiovisuales para una mejor comprensión del estudiante.

8.- SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN •

Considerar el desempeño en cada una de las actividades de aprendizaje, haciendo especial énfasis en: o Reportes escritos de las observaciones hechas durante las actividades, así como de las conclusiones obtenidas de dichas observaciones. o Descripción de otras experiencias concretas que podrían realizarse adicionalmente. o Información obtenida durante las investigaciones solicitadas. • Hacer exámenes escritos

9.- UNIDADES DE APRENDIZAJE Unidad 1: Cinemática Objetivo Educacional Adquirirá los conocimientos necesarios para el análisis de los aspectos cinemáticos del movimiento.

Actividades de Aprendizaje •

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Identificar en el entorno ejemplos de movimiento. Analizar los ejemplos para identificar en ellos los parámetros: posición, velocidad y aceleración, en cada ejemplo de movimiento hacer descripciones verbales sobre la forma en que varían cada uno de estos parámetros. Formalizar los tres conceptos. Observar y registrar la variación del nivel de un tanque con sección transversal constante mientras es llenado con un flujo constante. Con base en los registros obtenidos de esta actividad u otra similar, conceptualizar el movimiento uniforme. Reconocer cuáles de los movimientos identificados en el entorno pueden considerarse movimientos uniformes. Estimar el rango de velocidades de los movimientos identificados. Buscar fuentes de información para validar estas estimaciones. Hacer conversiones de unidades de los valores de velocidad consultados. Repetir la actividad del llenado del tanque colocándolo de forma que se apoye sobre uno de sus vértices o utilizando un tanque con sección transversal no constante. Con base en esta experiencia, u otra similar conceptualizar el movimiento no uniforme. Resolver problemas de distintos tipos de movimiento, dando prioridad a los planteados sobre situaciones del entorno o relacionados con su práctica profesional.

Fuentes de Información

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Unidad 2: Cinética Objetivo Educacional Aprenderá a analizar el movimiento considerando las causas que lo provocan relacionando este análisis con sus experiencias cotidianas.

Actividades de Aprendizaje • Identificar en los casos de movimiento no uniforme estudiados, las causas que originan las variaciones. Formalizar esas causas como la acción de fuerzas involucradas en el movimiento. Con base en esto analizar el significado de la 2ª. Ley de Newton. • Hacer preguntas al grupo sobre las sensaciones que se experimentarían en situaciones en las que se haga manifiesta la variación de la cantidad de movimiento de un móvil, por ejemplo: al atrapar una pelota, al golpear una superficie con el puño, al frenar un carro con un montón de paja, al frenar ese mismo carro con una pared de concreto. Conceptualizar con base en estas reflexiones la correspondencia entre el impulso dado a un objeto y la variación en su cantidad de movimiento.

Fuentes de Información

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Unidad 3: Conceptos básicos de electricidad Objetivo Educacional Comprenderá los • conceptos básicos de la electricidad y conocerá formas de generar voltaje directo. Aprenderá a armar circuitos eléctricos simples y a hacer mediciones en ellos. •

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Actividades de Aprendizaje Electrizar objetos utilizando distintos materiales y observar el comportamiento de dichos objetos al interactuar entre sí y con un electroscopio. Relacionar estas observaciones con los conceptos de carga eléctrica y fuerza electrostática. Vincular esta experiencia con la reflexión acerca del grado de conductividad que un material puede presentar. Definir el concepto de voltaje y generarlo construyendo varias celdas voltaicas (con materiales disponibles) para observar el efecto de los materiales elegidos en el voltaje generado en cada celda. Generar mediante estas celdas el voltaje necesario para encender un LED y a partir de esto, definir corriente eléctrica. Observar el efecto de aplicar un voltaje a un foco, cerrando el circuito a través de soluciones con distinta conductividad. Definir resistencia eléctrica y relacionar este concepto con el de conductividad eléctrica. Investigar los valores de la conductividad eléctrica de distintas soluciones y hacer mediciones de esta propiedad. Observar cómo cambia la corriente a través de un resistor conforme cambia el voltaje aplicado, así como el cambio en aquélla si lo que se varía es la resistencia, para escribir con base en estas observaciones la Ley de Ohm. Armar circuitos con dos o más resistores (podrían usarse focos incandescentes) en serie y en paralelo para observar, en cada forma de conexión, la relación entre: voltaje en cada resistor y voltaje suministrado por la fuente; la corriente en cada resistor y la corriente en la fuente a partir de la medición directa de estos parámetros en el circuito.

Fuentes de Información

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Unidad 3: Conceptos básicos de electricidad (Continuación) Objetivo Educacional Comprenderá los • conceptos básicos de la electricidad y conocerá formas de generar voltaje directo. Aprenderá a armar circuitos eléctricos simples y a hacer mediciones • en ellos. •

Actividades de Aprendizaje

Fuentes de Información

Relacionar las definiciones de voltaje y corriente para obtener la de potencia eléctrica. Estimar el costo de operación de distintos aparatos eléctricos con base en los datos de placa de éstos y los de un recibo de energía eléctrica. Marcar en esta actividad la diferencia entre energía y potencia eléctricas. Hacer una investigación sobre los equipos eléctricos que se usan para conocer el estado fisiológico de las plantas. Hacer visitas de campo a instalaciones agrícolas con equipo eléctrico en las que se identifiquen los componentes, así como la forma en que están conectados y midan o cuantifiquen, consumos de corriente y potencia.

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Unidad 4: Corriente alterna e introducción a las máquinas eléctricas Objetivo Educacional Comprenderá los fenómenos electromagnéticos involucrados en el funcionamiento de las máquinas eléctricas y aprenderá a producirlos. Comprenderá la afectación ocasionada por los embobinados en el consumo de potencia eléctrica y cómo se contrarresta.

Actividades de Aprendizaje •

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Observar cómo un imán atrae limaduras de hierro. Identificar materiales que bloquean y materiales que permiten el efecto de un imán sobre el hierro. Identificar los polos de un imán con ayuda de una brújula. Con base en estas observaciones abordar teóricamente los temas magnetismo y flujo magnético. Suministrar voltaje a una bobina para observar el patrón de flujo magnético producido en ella, observando cómo cambia el flujo al cambiar la polaridad del voltaje suministrado. Identificar en instalaciones de equipo de riego agrícola el uso de electroimanes (por ejemplo como accionadores de válvulas). Investigar o medir el consumo de corriente necesario para su operación.

Fuentes de Información

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Unidad 4: Corriente alterna e introducción a las máquinas eléctricas (Continuación) Objetivo Educacional

Actividades de Aprendizaje •

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Inducir voltaje en una bobina mediante el movimiento de un imán en su vecindad. Observar las características del voltaje inducido y con base en ellas enunciar la ley de Faraday. Observar la onda de voltaje de línea comercial identificando en dicha onda los parámetros de interés, usando un osciloscopio. Analizar una planta eléctrica portátil y establecer el paralelismo entre ésta y el prototipo didáctico de generador con el que se trabajó. Construir un transformador y observar cómo se comporta al ser alimentado tanto con voltaje directo como con voltaje alterno, actuando como reductor y como elevador. Relacionar las observaciones sobre el comportamiento del transformador con lo aprendido en las actividades segunda y tercera, para explicar con esta base el principio de operación del transformador. Investigar qué determina la capacidad de un transformador. Identificar en los transformadores empleados en las instalaciones agrícolas: su capacidad, sus voltajes de entrada y salida. Colocar, en presencia de un campo magnético, un alambre por el que se haga pasar una corriente, para producirle una tendencia al giro. Explicar con base en esto el principio de operación del motor. Hacer visitas a instalaciones de equipo de riego agrícola para investigar los tipos de motores usados, sus capacidades y la afectación en su operación como resultado de distintas contingencias (taponamiento, cierre de válvulas, ruptura de tubos) ocurridas en la tubería.

Fuentes de Información

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Unidad 4: Corriente alterna e introducción a las máquinas eléctricas (Continuación) Objetivo Educacional

Actividades de Aprendizaje

Fuentes de Información

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Observar en un circuito simple RL, en el que el resistor (R) puede ser un foco y el inductor (L) la misma bobina con la que se ha estado trabajando, cómo cambia la luminosidad del foco al variar la cantidad de hierro del núcleo de la bobina o al colocar varias bobinas en serie en el circuito o ambas cosas. Con base en esta observación definir reactancia inductiva. • Registrar también durante la actividad anterior cómo se altera la diferencia entre la suma de los voltajes parciales en el circuito respecto del voltaje total aplicado conforme se hacen las variaciones sugeridas. Explicar con base en estos registros el desfase en las ondas de voltaje y corriente producido por la presencia de los embobinados y relacionar este desfase con la aparición de una potencia negativa. • Representar el desfase entre ondas mediante fasores. Con base en las experiencias anteriores definir los conceptos: potencia activa, potencia reactiva, potencia aparente y factor de potencia; resaltar el uso de las unidades empleadas en cada uno de ellos. • Investigar o Qué afectaciones tiene un factor de potencia bajo. o Cómo se corrige • Visitar una instalación de equipo de riego agrícola e indagar, el historial de factor de potencia con que ha trabajado en los últimos meses, el equipo y la forma en que se hace la corrección de dicho factor de potencia y el monto de los estímulos o sanciones recibidos. Nota: En esta unidad se requiere la construcción de una bobina para realizar varias de las actividades propuestas, para observar los fenómenos bastará con un enrollamiento de 400 vueltas, en una forma de plástico comercial para núcleo de una pulgada y armarle el núcleo hierro con las laminillas que se venden para tal fin.

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10.- FUENTES DE INFORMACIÓN 1. Serway Raymond y Beichner Robert, Física para ciencias e ingeniería: Tomos I y II, 5ª Edición, Ed. Mc. Graw Hill ISBN 970-10-3582-8. 2. Lea Susan y Burke John, Física la naturaleza de las cosas. Volúmenes I y II, Ed. International Thomson Editores, 2000, ISBN 968-7529-38-5. 3. Hewitt Paul, Física Conceptual, Ed. Pearson Educación, ISBN 9702604478. 4. http://www.conae.gob.mx/wb/CONAE/CONA_416_factor_de_potencia 5. http://www.cfe.gob.mx/es/InformacionAlCliente/conocetutarifa/disposicionesco mplementarias/2005/3/

11.- PRÁCTICAS PROPUESTAS • • • • • • • • • • • • •

Observación y registro de la variación del nivel de un tanque con sección transversal constante mientras es llenado con un flujo constante. Electrizar objetos utilizando distintos materiales y observar el comportamiento de dichos objetos al interactuar entre sí y con un electroscopio. Generar voltaje construyendo celdas voltaicas (con materiales disponibles) para observar el efecto de los materiales elegidos en el voltaje generado en cada celda. Observar el efecto de aplicar un voltaje a un foco, cerrando el circuito a través de soluciones con distinta conductividad. Diseñar y realizar un experimento que conduzca a la obtención de la ley de Ohm. Armar circuitos con dos o más resistores (podrían usarse focos incandescentes) en serie y en paralelo para observar, en cada forma de conexión, la relación entre los parámetros presentes. Observar el patrón de limaduras de hierro alrededor de un imán. Identificar materiales que bloquean y materiales que permiten el efecto de un imán sobre el hierro. Identificar los polos de un imán con ayuda de una brújula. Observar el patrón de flujo magnético producido en una bobina. Inducir voltaje en una bobina mediante el movimiento de un imán en su vecindad. Observar, mediante un osciloscopio, la onda de voltaje de línea comercial. Construir un transformador y observar cómo se comporta al ser alimentado tanto con voltaje directo como con voltaje alterno, actuando como reductor y como elevador. Colocar, en presencia de un campo magnético, un alambre por el que se haga pasar una corriente, para producirle una tendencia al giro. Observar, en un circuito RL, la variación en la luminosidad de un foco al variar la reactancia inductiva del circuito.

El enfoque sugerido para la materia requiere que las actividades prácticas promuevan el desarrollo de habilidades para la experimentación, tales como: identificación de variables y datos relevantes, manejo y control de variables, planteamiento de hipótesis, y de trabajo en equipo; asimismo, propicien procesos intelectuales de inducción-deducción y análisis-síntesis con la intención de generar una actividad intelectual compleja; las cuales encaminan al alumno hacia la investigación, por esta razón dichas actividades prácticas se han descrito como actividades previas al tratamiento teórico de los temas.