TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN ENERGÍAS RENOVABLES ÁREA ENERGÍA SOLAR EN COMPETENCIAS PROFESIONALES ASIGNATURA DE COLECTORES SOLARES

Transcripción

1 TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN ENERGÍAS RENOVABLES ÁREA ENERGÍA SOLAR EN COMPETENCIAS PROFESIONALES ASIGNATURA DE COLECTORES SOLARES 1. Competencias Desarrollar sistemas fototérmicos y fotovoltaicos con base en los requerimientos de la industria y la sociedad para contribuir a satisfacer con la demanda de energía y disminuir el impacto ambiental. 2. Cuatrimestre Quinto 3. Horas Teóricas Horas Prácticas Horas Totales Horas Totales por Semana 5 Cuatrimestre 7. Objetivo de aprendizaje El alumno implementará sistemas de colectores solares para optimizar sistemas energéticos y disminuir el impacto ambiental en el sector público o privado. Unidades de Aprendizaje Horas Teóricas Prácticas Totales I. Solarimetría II. Colectores solares III. Instalación fototérmica solar IV. Operación de sistemas fototérmicos Totales

2 UNIDADES DE APRENDIZAJE 1. Unidad de aprendizaje I. Solarimetría 2. Horas Teóricas 7 3. Horas Prácticas Horas Totales Objetivo de la Unidad de Aprendizaje El alumno determinará la ubicación óptima de un colector solar con base a las condiciones ambientales incidentes, para el aprovechamiento óptimo de la energía solar. Temas Saber Saber hacer Ser Radiación solar Definir los conceptos: Distribución espectral de la radiación (directa, difusa, global) Identificar la importancia de los movimientos de la Tierra y las variables climatológicas y geográficas, en la generación de energía solar. Medir e interpretar la distribución de: Radiación solar, temperatura, velocidad del viento y humedad relativa sobre diferentes colectores. Trabajo en equipo Geometría solar Explicar el concepto y aplicaciones de la trayectoria del haz de radiación. Determinar el ángulo de incidencia sobre una superficie inclinada. Determinar las posibles ubicaciones de un colector, en consideración de la variación de la trayectoria del haz de radiación durante el año. Trabajo en equipo

3 Temas Saber Saber hacer Ser Medición de la radiación solar Describir los equipos necesarios para la medición de radiación solar (Pirheliómetros, Piranómetros y estaciones meteorológicas), unidades y factores de conversión, variables que afectan la medición, valoración de la radiación solar y procedimientos comunes de medición. Efectuar mediciones de la radiación solar captada por diferentes superficies y su relación con la temperatura obtenida. Trabajo en equipo

4 PROCESO DE EVALUACIÓN Resultado de aprendizaje A partir de un caso, elabora un reporte que incluya: El ángulo de incidencia del haz de radiación sobre una superficie La gráfica de la variación del haz de incidencia durante el año La gráfica de las mediciones de la radiación solar La relación entre la radiación teórica y le radiación medida Ubicación de un colector considerando su inclinación y la temperatura alcanzada en su superficie Secuencia de aprendizaje 1. Comprender la relación el movimiento de la Tierra con la radiación solar 2. Analizar el ángulo de incidencia de una superficie 3. Comprender el uso de equipos de medición de radiación solar para su aplicación 4. Proponer la ubicación e inclinación de un colector solar Instrumentos y tipos de reactivos Estudio de casos Lista de cotejo

5 PROCESO ENSEÑANZA APRENDIZAJE Métodos y técnicas de enseñanza Equipos colaborativos Análisis de casos Practicas en laboratorio Medios y materiales didácticos Pizarrón Pintarrón Rota folios Cañón PC con software relacionado a la asignatura Artículos Internet Equipo de Medición portátil: -Flujometro( o a 100lts/hora) -Termómetro Infrarrojo -Cámara Termografica -Piranometro -Pirheliómetro -Anemómetro -GPS -Manómetro magnatico -Válvula de control de flujo ESPACIO FORMATIVO Aula Laboratorio / Taller Empresa X

6 UNIDADES DE APRENDIZAJE 1. Unidad de aprendizaje II. Colectores solares 2. Horas Teóricas 5 3. Horas Prácticas Horas Totales Objetivo de la Unidad de Aprendizaje El alumno construirá un prototipo de colector solar, para identificar sus características, su eficiencia, rendimiento y aplicaciones, con el propósito de seleccionar el mejor colector para cada aplicación determinada. Temas Saber Saber hacer Ser Sistemas fototérmicos Describir los sistemas fototérmicos y sus características: Pasivos y Activos Medir la variación del caudal en función de temperatura, la inclinación y áreas transversales de flujo para sistemas pasivos. Medir la relación de la temperatura con la velocidad del fluido en sistemas activos. Trabajo en equipo Colectores solares Explicar los conceptos y procedimiento de cálculo de eficiencia térmica, y rendimiento del sistema. Describir las aplicaciones de los colectores solares; planos, evacuados y concentradores. Construir un prototipo de colector solar. Medir las temperaturas de funcionamiento. Determinar la eficiencia térmica, y su rendimiento. Trabajo en equipo

7 PROCESO DE EVALUACIÓN Resultado de aprendizaje A partir de un caso, práctico, construye un prototipo de un colector solar y lo documenta en un reporte que incluya: Descripción de las partes principales del colector Tipo de sistema; Pasivo o activo Gráfico de las distribuciones de temperatura y caudales La eficiencia y rendimiento Justifica de viabilidad Secuencia de aprendizaje 1. Identificar las partes de un colector solar 2. Analizar la cantidad de radiación solar 3. Comparar la eficiencia térmica y el rendimiento 4. Seleccionar el tipo de colector solar utilizado Instrumentos y tipos de reactivos Casos prácticos Lista de cotejo

8 PROCESO ENSEÑANZA APRENDIZAJE Métodos y técnicas de enseñanza Equipos colaborativos Análisis de casos Practicas en laboratorio Medios y materiales didácticos Pizarrón Pintaron Rota folios Cañón PC con software relacionado a la asignatura Artículos Internet -Flujometro( o a 100lts/hora) -Termómetro Infrarrojo -Cámara Termografica - Piranometro -pirheliómetro -anemómetro -GPS - manómetro magnatico Válvula de control de flujo ESPACIO FORMATIVO Aula Laboratorio / Taller Empresa X

9 UNIDADES DE APRENDIZAJE 1. Unidad de aprendizaje III. Instalación fototérmica solar 2. Horas Teóricas 5 3. Horas Prácticas Horas Totales Objetivo de la Unidad de Aprendizaje El alumno determinará los componentes de sistemas fototérmicos solares, identificando las aplicaciones y los circuitos del fluido, para su implementación. Temas Saber Saber hacer Ser Componentes de colectores solares Describir los componentes de un colector solar comercial y sus características: captadores de radiación solar externos (CPC, ESPEJOS PLANOS, ALETAS PARABOLICAS), elementos aislantes (POLIURETANO, FIBRA DE VIDRIO), conductos para fluidos en arreglos de colectores (TUBERIA DE COBRE, PVC, CPVC, VIDRIO), gabinetes, arreglo en contenedores, juntas y selladores. Seleccionar los componentes de para la construcción de un colector solar, en función de los requerimientos energeticoseconomicos de su zona geográfica. Trabajo en equipo Sistemas de seguridad Describir la interconexión de colectores solares con el tanque de almacenamiento, válvula anticongelante, presostatos, manómetros, termómetros y sistemas externos; motobombas, tanques estacionarios de agua u otros colectores solares. Realizar la interconexión del sistema fototérmico, considerando los procedimientos y dispositivos de seguridad. Trabajo en equipo

10 PROCESO DE EVALUACIÓN Resultado de aprendizaje A partir de un caso, elabora un reporte que incluya: Las especificaciones técnicas de los componentes del colector solar Diagramas de explosión de las partes que constituyen el sistema fototérmico Especificaciones de seguridad Secuencia de aprendizaje 1. Relacionar los conceptos teóricos de las propiedades de los materiales con las características de los componentes del colector solar 2. Organizar las partes que integran el colector mediante un diagrama de flujo de ensamble 3. Analizar las especificaciones técnicas y de seguridad para su operación correcta Instrumentos y tipos de reactivos Casos prácticos Lista de cotejo 4. Diferenciar los tipos de acoplamiento de colectores en función de los requerimientos de calor

11 PROCESO ENSEÑANZA APRENDIZAJE Métodos y técnicas de enseñanza Equipos colaborativos Solución de problemas y análisis de casos Exposición Prácticas en laboratorio Medios y materiales didácticos Pizarrón Pintaron Rota folios Cañón PC con software relacionado a la asignatura Artículos Internet Diversos tipos de materiales, para la construcción de colectores solares.(espejos, aletas parabólicas, elementos aislantes, tubería de cobre, tubería de PVC y CPVC, juntas y selladores ESPACIO FORMATIVO Aula Laboratorio / Taller Empresa X

12 UNIDADES DE APRENDIZAJE 1. Unidad de aprendizaje IV. Operación de sistemas fototérmicos 2. Horas Teóricas 8 3. Horas Prácticas Horas Totales Objetivo de la Unidad de Aprendizaje El alumno realizará la puesta en marcha del sistema foto-térmico, evaluara su desempeño y realizará su mantenimiento, para su implementación en sistemas industriales. Temas Saber Saber hacer Ser Puesta en marcha de un sistema Describir los procedimientos de pruebas y operación de la puesta en marcha de un sistema fototérmicos: Hermeticidad, temperatura, presión hidrostática, aislamiento térmico. Realizar las pruebas de un sistema fototérmico. Trabajo en equipo Mantenimiento de sistemas Describir los requerimientos de mantenimiento correctivo y preventivo de un sistema fototérmicos: limpieza de vidrios y espejos, medición de la cantidad de incrustaciones en tuberías, revisión de acoplamientos para la detección de fugas y valoración de elementos de seguridad como válvulas de alivio. Supervisar el mantenimiento preventivo de un sistema fototérmico. Programar el mantenimiento preventivo de un sistema fototérmico. Trabajo en equipo

13 PROCESO DE EVALUACIÓN Resultado de aprendizaje A partir de un caso, elabora un reporte que incluya: Un diagrama de interconexión de un sistema que contemple los parámetros de los elementos El funcionamiento de las componentes principales Lista de cotejo para la realización del mantenimiento Secuencia de aprendizaje 1. Relacionar los componentes de una conexión de un sistema fototérmicos con los conceptos teóricos 2. Comprender los procedimientos de prueba de la puesta en marcha del sistema 3. Analizar los elementos de seguridad involucrados 4. Integrar un manual de mantenimiento para el sistema Instrumentos y tipos de reactivos Casos prácticos Lista de cotejo

14 PROCESO ENSEÑANZA APRENDIZAJE Métodos y técnicas de enseñanza Equipos colaborativos Solución de problemas y análisis de casos Exposición Prácticas en laboratorio Medios y materiales didácticos Pizarrón Pintaron Rota folios Cañón PC con software relacionado a la asignatura Artículos Internet Equipos fototérmicos para medición de parámetros -Flujometro( o a 100lts/hora) -Termómetro Infrarrojo -Cámara Termografica - Piranometro -pirheliómetro -anemómetro -GPS - manómetro magnatico Válvula de control de flujo ESPACIO FORMATIVO Aula Laboratorio / Taller Empresa X

15 CAPACIDADES DERIVADAS DE LAS COMPETENCIAS PROFESIONALES A LAS QUE CONTRIBUYE LA ASIGNATURA Capacidad Valorar las condiciones de radiación solar y las variables que lo afectan mediante su caracterización físico-térmica, y condiciones climatológicas del entorno para determinar la viabilidad, del sistema. Criterios de Desempeño Elabora un reporte que contenga las características siguientes: - Humedad relativa - Dureza del agua - Temperatura de bulbo seco - Temperatura de bulbo húmedo - Temperatura de punto de roció - Capacidad calorífica - Radiación global - Temperatura del fluido de trabajo - Volumen - Peso - Radiación directa - Radiación UV - Variables climatológicas anuales - Condiciones geográficas - Orientación en base al ecuador - Diferencia de potencial - Presión de operación - Intensidad eléctrica - Potencia - Carta psicométrica - Irradiación (W/m²) - Insolación (W-h/m²) - PM10 (partículas menores a 10 micras) Emite un juicio de valor Seleccionar sistemas energéticos solares de acuerdo especificaciones del fabricante, políticas y normas oficiales mexicanas aplicables y análisis técnicoeconómico para satisfacer las necesidades energéticas del cliente. A partir de requerimientos preestablecidos, elabora una memoria técnica de sistemas solares disponibles, que incluye: - generación - almacenamiento energético - Vida útil del equipo - Materiales de construcción

16 Capacidad Instalar sistemas energéticos solares de acuerdo a lo establecido en la memoria técnica y pruebas de operación, para su puesta en marcha. Criterios de Desempeño -Características Técnicas de la energía generada - Elementos que lo integran - Condiciones de operación - Estándares aplicables - Instrumentación requerida - Listado de variables climatológicas y geográficas - Contaminantes al entorno (atmósfera, suelo, agua) - Análisis Beneficio-Costo (bonos de carbono, costos de operación, costo de implementación) - Juicio de valor que contenga las ventajas y desventajas de los equipos seleccionados Realiza un procedimiento de instalación basado en la memoria técnica, que incluya: - Diagramas de instalación - Configuración (arreglo) y orientación del sistema - Programa de actividades - Consumibles - Herramientas - Equipo de medición - Preparación del sitio de instalación - Medidas de seguridad y otras normas aplicables - Árbol de fallas - Pruebas de operación - Registros (listas de verificación, bitácora, formato de aprobación)

17 FUENTES BIBLIOGRÁFICAS Autor Año Título del Documento Ciudad País Editorial Rafael Serra Florensa Helena Couch Roura. Tomas Perales Benito. Jhon Twidell and Tony Weir Volker Quaschning Soteris A. Kalogirou (2005) (2006) (2005) (2005) (2009) Fortino Vázquez (2005) Arquitectura y Energía Natural Guía del Instalador de Energías Renovables, Renewable Energy Resources Understanding renewable energy systems Solar Energy engineering. Processes and Systems Tecnología Solar Terminal México México Alfa omega México New York México USA Limusa Noriega Editores, Taylor And Francis UK UK Earthscan London UK Elsevier Tula de Allende México Manuscrito sin publicar.