Universidad Nacional Autónoma de México Centro de Investigación en Energía. Programa de Estudio

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1 Universidad Nacional Autónoma de México Centro de Investigación en Energía Programa de Estudio Solar Térmica 6 10 Asignatura Clave Semestre Créditos Formación profesional Ciclo Sistemas Energéticos Área Asignatura: Horas: Total Horas: Obligatoria X Teóricas 4 Semana 6 Optativa Prácticas 2 16 semanas 96 Modalidad: Seriación obligatoria antecedente: Curso Teórico-Práctico Ninguna Seriación obligatoria consecuente: Ninguna Objetivos del curso: Comprender los elementos teóricos y prácticos fundamentales sobre radiación y geometría solar así como captadores solares térmicos (planos y de concentración). El alumno será capaz de identificar las características de un sistema solar térmico para aplicaciones y llevar a cabo balances térmicos globales en estos sistemas.

2 Temario No. Nombre Horas 1. Transferencia de calor por radiación Tópicos selectos transferencia de calor por convección y conducción 6 3. Radiación solar Propiedades radiativas de absorbedores y cubiertas Captadores solares planos Concentradores Solares Cálculos de sistemas térmicos. 10 Subtotal 64 Prácticas de laboratorio 32 Total Transferencia de calor por radiación Objetivo: Comprender los conceptos fundamentales de transferencia de calor por radiación, en particular aquellos que resultan relevantes en la formulación de balances energéticos en sistemas solares térmicos. El alumno será capaz de formular las ecuaciones para intercambio radiativo entre superficies grises difusas Espectro electromagnético 1.2. Radiación de cuerpo negro 1.3. Ley de Plank y Ley de Wien de desplazamiento 1.4. Ecuación de Stefan-Boltzmann 1.5. Ley de Kirchoff 1.6. Intercambio radiativo entre cuerpos grises 1.7. Coeficiente lineal de transferencia de calor por radiación 2. Tópicos selectos transferencia de calor por convección y conducción Objetivo: Estudiar los modelos de transferencia de calor por conducción y convección que son particulares en sistemas solares térmicos. El alumno será capaz de aplicar las correlaciones y formulaciones para llevar a cabo balances de energía en dichos sistemas Convección natural entre placas planas paralelas 2.2. Supresión de la convección 2.3. Relaciones de transferencia de calor para flujo de fluido interno 2.4. Coeficiente de convección por viento 2.5. Intercambiadores de calor

3 3. Radiación solar Objetivo: Estudiar los conceptos fundamentales sobre radiación solar, su variación espacial y temporal, las técnicas de medición, así como el acceso a información solarimétrica. Además, se busca estudiar las relaciones que describen el movimiento aparente del Sol en el cielo El Sol y la constante solar 3.2. Distribución espectral y radiación extraterrestre 3.3. Geometría Tierra-Sol 3.4. Ángulos solares 3.5. Radiación sobre una superficie horizontal 3.6. Radiación sobre superficies con seguimiento 3.7. Sombreado 3.8. Escalas y aparatos de medición Medición de la duración diurna 3.10.Atenuación atmosférica (radiación difusa) 3.11.Estimación de la radiación solar media 3.12.Disponibilidad de la radiación solar 4. Propiedades radiativas de absorbedores y cubiertas Objetivo: Conocer las características ópticas principales que influyen en el comportamiento de los captadores solares. El alumno será capaz de identificar los parámetros ópticos que requiere la formulación de la eficiencia óptica de un captador solar Absortacia, reflectancia y emitancia 4.2. Superficies selectivas 4.3. Dependencia angular de la absortividad 4.4. Especularidad de superficies reflectivas 4.5. Transmisión de la Radiación a través de vidrios 4.6. Reflexión de la radiación 4.7. Absorción por el vidrio 4.8. Propiedades ópticas de cubiertas de vidrio 5. Captadores solares planos Objetivo: Estudiar la formulación matemática para determinar la eficiencia global de un captador solar plano, así como los métodos para su determinación experimental. El alumno conocerá la influencia de los diferentes aspectos que influyen en el desempeño de los captadores solares planos Descripción de un colector solar plano 5.2. Ecuación para el balance de energía 5.3. Coeficiente global de pérdidas 5.4. Factor de eficiencia del colector plano 5.5. Factor de remoción de calor y factor de flujo

4 5.6. Efectos del polvo y sombreado 5.7. Efectos de la capacidad calorífica en el colector plano 5.8. Calentadores de aire 5.9. Mediciones del funcionamiento de un colector plano 5.10.Pruebas del colector, Eficiencia, Modificador de ángulo de incidencia y Constante de tiempo 5.11.Normas para captadores 5.12.Consideraciones prácticas para colectores planos 6. Concentradores Solares Objetivo: Estudiar los diferentes tipos de concentradores solares, con énfasis en las diferentes configuraciones geométricas, sus razones de concentración y sus rangos de temperatura de operación. El alumno será capaz de identificar los diferentes sistemas de concentración solar para aplicaciones específicas Concentradores Solares 6.2. Configuración y geometrías 6.3. Razón de concentración 6.4. Funcionamiento térmico 6.5. Funcionamiento óptico 6.6. El absorbedor 6.7. Concentrador de plato parabólico (cpp) 6.8. Concentrador de canal parabólico (ccp) 6.9. Concentrador parabólico compuesto (cpc) 6.10.Técnica de trazado de rayos 6.11.Otras geometrías 7. Cálculos de sistemas térmicos Objetivo: Estudiar los métodos para la formulación de balances térmicos globales en sistemas solares térmicos, incluyendo sistemas periféricos y de almacenamiento. El alumno conocerá las técnicas de modelación de sistemas de energía solar térmica Cálculos de sistemas térmicos 7.2. Modelación de componentes 7.3. Pérdidas de calor en ductos, tuberías y tanques 7.4. Carga térmicas y calor de proceso 7.5. Arreglo de colectores (serie, paralelo) 7.6. Monitoreo y controles 7.7. Almacenamiento de Energía por calor sensible y latente 7.8. Orientación y sombra en campos de colectores 7.9. Fracción solar

5 Bibliografía Básica: Almanza-Salgado R. y Muñoz-Gutierrez F., Ingeniería de la Energía Solar. Ed. Cromocolor, México. ISBN Duffie J.A. and Beckman W. A., Solar Engineering of Thermal Processes. Wiley, ISBN-10: Goswami D. Y., Kreith F., and Kreider J., Principles of Solar Engineering. Ed. Taylor and Francis 2 nd edition. USA. ISBN Tiwari G.N., Solar Energy: Fundamentals, Design, Modeling and Applications. Ed. Narosa, ISBN-10: Rabl, A., Active Solar Collectors and their Applications. Ed. Oxford University Press, New York, USA. ISBN Temas para los que se recomienda: Sugerencias didácticas: Exposición oral X Lecturas obligatorias X Exposición audiovisual X Trabajos de investigación X Ejercicios dentro de clase X Prácticas de taller o laboratorio X Ejercicios fuera del aula: X Prácticas de campo X Seminarios Otras: Uso de tecnología Educativa de punta X Sugerencia para evaluar: Exámenes parciales X Participación en clase X Exámenes finales X Asistencias a prácticas X Trabajos y tareas fuera del aula X Otras: X Perfil profesiográfico de quienes pueden impartir la asignatura: Licenciatura en Ingeniería, Física o carreras afines, cuya carga académica en el área sea similar a éstas. Deseable con estudios de posgrado o el equivalente de experiencia profesional en el área de su especialidad y recomendable con experiencia docente o con preparación en los programas de formación docente y en didáctica.