PROTOCOLO. Carácter Modalidad Horas de estudio semestral (16 semanas) Conocimientos sobre aspectos económicos y conceptos de energía.

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1 PROGRAMA DE ESTUDIOS: USO EFICIENTE DE LA ENERGÍA PROTOCOLO Fechas Mes/año Clave PE-04-US-02 Semestre Segundo Elaboración 07/2007 Nivel Licenciatura Maestría X Doctorado Aprobación Ciclo Integración Básico Superior X Aplicación Colegio H. y C.S. C. y T. X C. y H. Plan de estudios del que forma parte: Maestría en Fuentes Renovables de Energía y Eficiencia Energética Propósito(s) general(es): Que el estudiante conozca los fundamentos teóricos de la auditoria y gestión energética, así como los métodos más comúnmente utilizados para la evaluación de las oportunidades de ahorro y uso eficiente de la energía. En la práctica, que desarrolle habilidades que le permitan manejar los fundamentos para una administración eficiente de la energía. Carácter Modalidad Horas de estudio semestral (16 semanas) Seminario Taller Teóricas 48 Teóricas 48 Indispensable X Con Docente Autónomas Curso X Curso-taller Prácticas 0 Prácticas 0 Optativa * Laboratorio Clínica Carga horaria semanal: 3 Carga horaria semestral: 48 Asignaturas Previas Economía de la Energía, Ingeniería Termodinámica y Fundamentos de Ingeniería Eléctrica. Asignaturas Posteriores: Indispensable para cualquier orientación de la Maestría. Requerimientos para cursar la asignatura Conocimientos sobre aspectos económicos y conceptos de energía. Perfil deseable del profesor: Maestría en Ingeniería en el área de energía. Academia responsable del programa: Programa de Energía Diseñador (es): M.I. Carlos Chávez Baeza *Aquellas en las que se ofrece la posibilidad de cursar una de las asignaturas, para cubrir un requisito INDISPENSABLE será considerada INDISPENSABLE. Segundo semestre, Programa: Uso Eficiente de la Energía 1

2 PROGRAMA DE ESTUDIOS USO EFICIENTE DE LA ENERGÍA INTRODUCCIÓN Los diferentes fenómenos económicos, políticos y ambientales, que han sucedido durante las últimas tres décadas, como: el aumento brusco de los precios del petróleo en los 70 s (la llamada crisis energética); la globalización de la economía de los 80 s, así como la preocupación por reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y evitar el cambio climático de los 90 s; obligó a los países desarrollados a buscar formas de reducir el consumo de petróleo mediante la diversificación de las fuentes de energía y el desarrollo de tecnologías para estimular el uso eficiente de la energía, y de esta manera reducir las emisiones ambientales. Por ahora no conocemos con exactitud cuándo la demanda mundial de petróleo excederá a la producción diaria, pero cuando esto suceda en la primera mitad de este siglo, alterará para siempre la economía de los recursos energéticos del mundo; por lo que las naciones tendrán que adaptarse al nuevo entorno energético del siglo XXI, mediante una voluntad política que impulse el desarrollo sustentable e implante innovadores preceptos de eficiencia energética. Ante esta realidad, el estudio de los sistemas de gestión energética cobra particular relevancia al ser un elemento clave para un crecimiento energéticamente sustentable, tanto por los beneficios económicos y de competitividad (mediante la reducción de sus costos de producción), como los beneficios ambientales. PROPÓSITOS GENERALES Que el estudiante conozca los fundamentos teóricos de la auditoria y gestión energética, así como los métodos más comúnmente utilizados para la evaluación de las oportunidades de ahorro y uso eficiente de la energía. En la práctica, que desarrolle habilidades que le permitan manejar los fundamentos para una administración eficiente de la energía. PLANEACIÓN ESPECÍFICA UNIDAD 1. PANORAMA ENERGÉTICO Que el estudiante analice la situación energética nacional e internacional y conozca los avances en materia de ahorro de energía en el país. Segundo semestre, Programa: Uso Eficiente de la Energía 2

3 1.1. Situación nacional e internacional Acciones en México (programas de gran alcance) Importancia del ahorro de energía: perspectivas del usuario, compañías suministradoras y la sociedad. UNIDAD 2. SISTEMAS DE GESTIÓN ENERGÉTICA Que el estudiante identifique los elementos que intervienen en la implantación del sistema de gestión energética Abastecimiento energético Análisis energético Programa de ahorro de energía. UNIDAD 3. AUDITORIAS ENERGÉTICAS Que el estudiante establezca la importancia de la auditoria energética como herramienta para la gestión energética Clasificación de Auditorias Energéticas Metodología para la realización de Auditorias Energéticas Las Auditorias Energéticas como paso fundamental hacia la implementación de la gestión energética. UNIDAD 4. USO RACIONAL Y EFICIENTE DE LA ENERGÍA EN INSTALACIONES ELÉCTRICAS Que el estudiante aplique herramientas metodológicas para la cuantificación de potenciales de ahorro de energía en los principales sistemas eléctricos. Segundo semestre, Programa: Uso Eficiente de la Energía 3

4 4.1. Uso eficiente de energía en motores eléctricos Factor de potencia Las tarifas de electricidad en la gestión y ahorro de energía Manejo de la demanda eléctrica Uso eficiente de energía en instalaciones de iluminación Ejemplos aplicativos y análisis de casos específicos. UNIDAD 5. ANÁLISIS Y EVALUACIÓN DE PROYECTOS DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Que el estudiante evalúe la rentabilidad de las medidas de ahorro Metodología para la realización de análisis de rentabilidad de medidas de ahorro Indicadores de rentabilidad. UNIDAD 6. LA LEGISLACIÓN Y REGLAMENTACIÓN ENERGÉTICA Que el estudiante conozca los aspectos normativos de la eficiencia energética y mecanismos de aplicación Reglamentación de la prestación y del uso del servicio de energía eléctrica Normas de eficiencia energética Ejemplos aplicativos y análisis de casos específicos (NOM-ENER ). Segundo semestre, Programa: Uso Eficiente de la Energía 4

5 BIBLIOGRAFÍA BÁSICA Gallardo Bermell, Sergio; Miró Herrero, Rafael y Sancho García, José, Gestión de la energía, Universidad Politécnica de Valencia, Merino, J.M., Eficiencia Energética Eléctrica (Tomo I, II y III), Urmo, S.A. de Ediciones, Paredes Rubio, Hernando Romero y Ambriz García, Juan José, Administración y ahorro de energía, Universidad Autónoma Metropolitana, Unidad Iztapalapa; 1ª Ed., México, Capehart, Barney L.; Kennedy, William J. & Turner, Wayne C., Guide to Energy Management, 5ª Ed., CRC, Thumann, Albert & Younger, William J., Handbook of Energy Audits, 6ª Ed., Fairmont Press, BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA Comisión Nacional para el Ahorro de Energía, Bases para el ahorro de energía en la industria, Secretaría de Energía - Comisión de la Unión Europea, México, Comisión Nacional para el Ahorro de Energía, Diagnósticos energéticos, Conae, México, Conae. Normas de Eficiencia Energética. Comisión Nacional para el Ahorro de Energía, México. Dirección de Internet: Romero Morales, Cristóbal, Domótica e Inmótica. Viviendas y Edificios Inteligentes, Editorial Ra-ma, Segundo semestre, Programa: Uso Eficiente de la Energía 5

6 PROGRAMA DE ESTUDIOS: COGENERACIÓN Y CICLO COMBINADO PROTOCOLO Fechas Mes/año Clave PE-04-CC-02 Semestre Segundo Elaboración 07/2007 Nivel Licenciatura Maestría X Doctorado Aprobación Ciclo Integración Básico Superior X Aplicación Colegio H. y C.S. C. y T. X C. y H. Plan de estudios del que forma parte: Maestría en Fuentes Renovables de Energía y Eficiencia Energética Propósito(s) general(es): Que el estudiante conozca los sistemas de cogeneración, los ciclos termodinámicos empleados y la identificación de los posibles sistemas en donde se podría llevar a cabo de manera exitosa un proyecto de cogeneración; también que el alumno conozca la importancia que tienen los sistemas de cogeneración y los procesos donde se vean involucrados estos sistemas. Carácter Modalidad Horas de estudio semestral (16 semanas) Seminario Taller Teóricas 36 Teóricas 36 Indispensable X Con Docente Autónomas Curso X Curso-taller Prácticas 12 Prácticas 12 Optativa * X Laboratorio Clínica Carga horaria semanal: 3 Carga horaria semestral: 48 Asignaturas Previas Economía de la Energía, Ingeniería Termodinámica y Fundamentos de Ingeniería Eléctrica Asignaturas Posteriores: Indispensable para la orientación de Eficiencia Energética y Optativa para la orientación de Sistemas Eólicos Requerimientos para cursar la asignatura Perfil deseable del profesor: Conocimientos: Principios de termodinámica, leyes de la termodinámica, balances de materia, matemáticas aplicadas a la ingeniería, conceptos de máquinas térmicas y procesos termodinámicos, así como programación. Habilidades: Capacidad de abstracción para interpretar los sistemas de cogeneración, observación, inferencia sobre los parámetros que afectan el rendimiento de las máquinas térmicas, manejo de hojas de cálculo electrónicas y manejo básico de PC. Maestría o Doctorado en Ingeniería con conocimientos de termodinámica y máquinas térmicas. Academia responsable del programa: Programa de Energía Diseñador (es): M.E. Fernando Arroyo Cabañas *Aquellas en las que se ofrece la posibilidad de cursar una de las asignaturas, para cubrir un requisito INDISPENSABLE será considerada INDISPENSABLE. Segundo semestre, Programa: Cogeneración y Ciclo Combinado 6

7 PROGRAMA DE ESTUDIOS COGENERACIÓN Y CICLO COMBINADO INTRODUCCIÓN La cogeneración es el procedimiento mediante el cual se obtiene simultáneamente energía eléctrica y energía térmica útil; la gran ventaja es la eficiencia energética que se puede obtener. Al generar electricidad con un motor o una turbina, el aprovechamiento de la energía en el combustible es de 25 a 35 por ciento, lo demás se pierde. Al cogenerar se puede llegar a aprovechar el material de la energía que entrega la gasolina. Este procedimiento tiene aplicaciones tanto industriales como en ciertos edificios singulares en los que el vapor puede emplearse para la obtención de agua caliente sanitaria como por ejemplo ciudades universitarias, hospitales, etc. Otra modalidad de Cogeneración es la Trigeneración, en la que se utiliza el calor residual para producir Frío mediante el método de absorción además del calor y la energía eléctrica. El curso aborda una introducción a los sistemas de cogeneración, los ciclos termodinámicos utilizados, los índices característicos y la identificación de los posibles procesos en los cuales se puede realizar la cogeneración de forma exitosa. La asignatura de Cogeneración es fundamental para quienes desean formarse como maestros en ingeniería, ya que permite construir habilidades básicas para emplearlas de forma adecuada en el campo laborar o de la investigación y desarrollo tecnológico. PROPÓSITOS GENERALES Que el estudiante conozca los sistemas de cogeneración, los ciclos termodinámicos empleados y la identificación de los posibles sistemas en donde se podría llevar a cabo de manera exitosa un proyecto de cogeneración; también que el alumno conozca la importancia que tienen los sistemas de cogeneración y los procesos donde se vean involucrados estos sistemas. PLANEACIÓN ESPECÍFICA UNIDAD 1. INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE COGENERACIÓN Que el estudiante describa de forma general el concepto de cogeneración, los beneficios que se pueden obtener, la clasificación de los sistemas y la descripción de los principales sistemas de cogeneración; esto con el propósito de involucrar al estudiante de forma directa con el tema de la cogeneración. Segundo semestre, Programa: Cogeneración y Ciclo Combinado 7

8 1.1. Definición de cogeneración Beneficios de la cogeneración Clasificación de los sistemas de cogeneración Descripción de los principales sistemas de cogeneración. UNIDAD 2. CICLOS TERMODINÁMICOS UTILIZADOS EN COGENERACIÓN Que el estudiante identifique el esquema a detalle de una turbina de vapor, de gas y un motor alternativo Diesel, el funcionamiento de las calderas de recuperación de calor, que describa cada uno de los ciclos involucrados en los procesos térmicos e interprete de forma objetiva lo observado en cada comportamiento del sistema analizado Esquemas con turbina de vapor (ciclo Rankine) Esquema con turbina de gas (ciclo Brayton) Motor alternativo Diesel Calderas de recuperación de calor. UNIDAD 3. ÍNDICES CARACTERÍSTICOS DE LOS SISTEMAS DE COGENERACIÓN Que el estudiante conozca los índices y eficiencias de los sistemas de cogeneración, la eficiencia de las calderas y las relaciones de calor útil y potencia eléctrica; y analice las ventajas y desventajas de operar con estos sistemas Introducción Índices y eficiencias Eficiencia de calderas Índice de calor (Heat Rate o IC) Índice (Calor útil/potencia eléctrica o Q/E). Segundo semestre, Programa: Cogeneración y Ciclo Combinado 8

9 UNIDAD 4. IDENTIFICACIÓN DE SISTEMAS DE COGENERACIÓN Que el estudiante conozca los perfiles de consumos energéticos, determine la relación calor energía, y lleve a cabo un proyecto en donde elabore un análisis técnico y económico de un caso particular, esto con el propósito de que el estudiante en un futuro pueda implementar un sistema de cogeneración en función de los procesos que estén involucrados Perfiles de consumos energéticos Determinación de la relación Q/E Análisis técnico Análisis económico Ejemplos de aplicación. UNIDAD 5. OPERACIÓN EN CICLO COMBINADO Que el estudiante describa y presente las ventajas de combinar el ciclo de Brayton (para gas, con todas sus variantes para optimizar su desempeño), con el ciclo de Rankine (para vapor, también con sus variantes), que es universalmente conocido como ciclo combinado, para obtener un rendimiento mucho mayor que el obtenido con ciclos simples. Que conozca los equipos y maquinarias empleados en la operación, en ciclo combinado, de plantas para la generación de electricidad El ciclo de Brayton y sus modificaciones para mejorar su rendimiento. Efecto del enfriamiento al ingreso del compresor. Efecto de regeneración. Efecto del interenfriamiento y recalentamiento Turbinas de gas avanzadas. Otros equipos empleados en una planta de ciclo combinado El ciclo de Brayton-Rankine (el ciclo combinado). Perspectiva general de las plantas de ciclo combinado. Distribución de la energía en un ciclo combinado. Contribución de cada subciclo. Optimización de la operación. Segundo semestre, Programa: Cogeneración y Ciclo Combinado 9

10 BIBLIOGRAFÍA BÁSICA Villares Martín, Mario, Cogeneración. 2ª Ed., Fundación Confemetal, Jutglar I Banyeras, Lluis, Cogeneración de Calor y Electricidad, 1ª Ed., Grupo Editorial CEAC, Sala Lizarraga, J.M., Cogeneración: Aspectos termodinámicos, tecnológicos y económicos, 1ª Ed., Universidad del País Vasco, Horlock, J.H., Cogeneration-Combined heat and power, Krieger Publishing Company, Horlock, J.H., Combined Power Plants: Including Combined Cycle Gas Turbine (Ccgt) Plants, 3ª Ed., Krieger Publishing Company, Agüera S. J., Balances Térmico y Exergético de Centrales Térmicas, Ed. Ciencia 3, BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA Spiewak S. A., Weiss L., Cogeneration & Small Power Production Manual. The Fairmont Press Inc., Conae, Eficiencia Energética en Sistemas de Generación y Distribución de Vapor. Metodología para Diagnósticos Energéticos. Conae, México, Ruiz Esparza, R., Diseño de Sistemas de Cogeneración. Módulo II, Diplomado en Cogeneración. DEPFI UNAM, Segundo semestre, Programa: Cogeneración y Ciclo Combinado 10

11 PROGRAMA DE ESTUDIOS: FUENTES NO RENOVABLES DE ENERGÍA PROTOCOLO Fechas Mes/año Clave PE-04-NR-02 Semestre Segundo Elaboración 07/2007 Nivel Licenciatura Maestría X Doctorado Aprobación Ciclo Integración Básico Superior X Aplicación Colegio H. y C.S. C. y T. X C. y H. Plan de estudios del que forma parte: Maestría en Fuentes Renovables de Energía y Eficiencia Energética Propósito(s) general(es): Que el estudiante conozca los principales procesos relacionados con las fuentes no renovables de energía, con el fin de que el estudiante conozca todas las alternativas energéticas y tenga un marco de comparación, con el cual se distingan las ventajas evidentes de las fuentes renovables de energía. Asimismo, se desea que el estudiante conozca la historia de los recursos energéticos tanto en México como en el mundo. Carácter Modalidad Horas de estudio semestral (16 semanas) Seminario Taller Teóricas 48 Teóricas 48 Indispensable Con Docente Autónomas Curso X Curso-taller Prácticas 0 Prácticas 0 Optativa * X Laboratorio Clínica Carga horaria semanal: 3 Carga horaria semestral: 48 Asignaturas Previas Economía de la Energía, Ingeniería Termodinámica y Fundamentos de Ingeniería Eléctrica Asignaturas Posteriores: Optativa para las orientaciones de Eficiencia Energética y Sistemas Eólicos. Requerimientos para cursar la asignatura Conocimientos sobre aspectos económicos y conceptos de energía. Perfil deseable del profesor: Maestría o Doctorado en Ingeniería. Academia responsable del programa: Diseñador (es): Ing. Gerardo Oseguera, M.C. Juan Carlos Rodríguez y M.C. Programa de Energía Miguel Breceda *Aquellas en las que se ofrece la posibilidad de cursar una de las asignaturas, para cubrir un requisito INDISPENSABLE será considerada INDISPENSABLE. Segundo semestre, Programa: Fuentes No Renovables de Energía 11

12 PROGRAMA DE ESTUDIOS FUENTES NO RENOVABLES DE ENERGÍA INTRODUCCIÓN Energía no renovable es un término genérico referido a aquellas fuentes de energía que se encuentran en la naturaleza en una cantidad limitada y que, una vez consumidas en su totalidad, no pueden sustituirse, ya que no existe sistema de producción o extracción viable, o la producción desde otras fuentes es demasiado pequeña como para resultar útil a corto plazo. Las fuentes de energía no renovable se dividen en dos grandes grupos: fuentes de energía fósil y energía nuclear. Fuentes de energía fósil.- La forma de energía que poseen los combustibles fósiles es energía química, que podemos aprovechar a partir de las reacciones de combustión. Se puede transformar en lo que habitualmente se denomina energía térmica (calefacción), energía eléctrica, energía cinética (a través de los motores de combustión interna), etc. Es utilizada en multitud de aplicaciones domésticas e industriales. La energía fósil la constituyen: Petróleo y sus derivados: El petróleo está compuesto por una gran variedad de hidrocarburos líquidos que se mezclan con una gran variedad de impurezas. Por una serie de procesos, como puede ser la destilación, se obtienen sus derivados: las gasolinas, al diesel, la turbosina, lubricantes y asfaltos, entre otros. Gas natural: El metano, es el principal componente de este recurso. Se encuentra en forma gaseosa, en los yacimientos o bien, formando parte de la mezcla de hidrocarburos como gas asociado. Carbón mineral: Su componente principal es el carbono, que se encuentra en los grandes yacimientos del subsuelo. A nivel mundial este recurso es abundante. El problema del carbón es que durante su combustión causa demasiados problemas ecológicos, incluso más que el petróleo y sus derivados. Energía nuclear.- Se obtiene de la modificación de los núcleos de algunos átomos, muy pesados o muy ligeros. En las reacciones nucleares se libera una gran cantidad de energía debido a que parte de la masa de las partículas involucradas en el proceso, se transforma directamente en energía. Lo anterior se puede explicar basándose en la relación masa-energía producto de la genialidad del gran físico Albert Einstein. Existen dos tipos de energía nuclear: Fisión: Esta consiste en la desintegración de átomos pesados para obtener otros más ligeros. Es la energía asociada al uso del uranio. Fusión: Es la reacción en la que dos núcleos muy ligeros (hidrógeno) se unen para formar un núcleo más pesado y estable, con gran desprendimiento de energía. Segundo semestre, Programa: Fuentes No Renovables de Energía 12

13 PROPÓSITOS GENERALES Que el estudiante conozca los principales procesos relacionados con las fuentes no renovables de energía, con el fin de que el estudiante conozca todas las alternativas energéticas y tenga un marco de comparación, con el cual se distingan las ventajas evidentes de las fuentes renovables de energía. Asimismo, se desea que el estudiante conozca la historia de los recursos energéticos tanto en México como en el mundo. PLANEACIÓN ESPECÍFICA UNIDAD 1. EL ORIGEN DE LOS HIDROCARBUROS Que el estudiante conozca las principales teorías de la formación de hidrocarburos, los procesos geológicos que dieron origen a los hidrocarburos y la relevancia mundial de los hidrocarburos El origen del petróleo Rocas generadoras, transportadoras y almacenadoras Tipos de yacimientos Impacto del petróleo en las decisiones políticas a nivel mundial y nacional Reservas nacionales e internacionales de hidrocarburos. UNIDAD 2. EXTRACCIÓN DEL PETRÓLEO, GAS NATURAL Y CARBÓN Que el estudiante conozca la prospección geológica y geofísica de hidrocarburos y los procesos involucrados en la producción de hidrocarburos Prospección geológica y geofísica de hidrocarburos Perforación y terminación de pozos Producción de hidrocarburos Sistemas artificiales de producción Separación de hidrocarburos en superficie Extracción de carbón. Segundo semestre, Programa: Fuentes No Renovables de Energía 13

14 UNIDAD 3. REFINACIÓN, PROCESAMIENTO DE GAS Y COQUIZACIÓN Que el estudiante conozca el proceso de refinación de hidrocarburos, el procesamiento del gas natural y el proceso de coquización Refinación: destilación primaria y secundaria, desintegración térmica y catalítica, desulfuración y otras operaciones importantes de la refinación Procesamiento de gas natural: endulzamiento, procesos criogénicos, fraccionamiento, transporte de gas natural por ductos Coquización. UNIDAD 4. GENERACIÓN ELÉCTRICA EN CENTRALES CONVENCIONALES Que el estudiante presente una descripción de los principios de operación y los procesos de operación de las plantas generadoras de electricidad que consumen combustibles fósiles, conozca los equipos y maquinarias empleadas en este tipo de plantas de generación de electricidad por medio de la energía las plantas convencionales y estime el efecto sobre el ambiente de las emisiones de estas plantas Generación eléctrica en centrales termoeléctricas a vapor, con turbina de gas, ciclo combinado, central diesel, central carboeléctrica, capacidad instalada en México Equipos y maquinaria empleada en las plantas generadoras de electricidad mediante combustibles fósiles: generadores de vapor, bombas, ventiladores, hornos. Problemas asociados con estos equipos Impacto ambiental de la operación de plantas que queman combustibles fósiles. UNIDAD 5. ENERGÍA NUCLEAR Que el estudiante entienda los procesos de fusión y fisión nuclear y conozca el proceso de generación de electricidad por medio de la energía nuclear. Segundo semestre, Programa: Fuentes No Renovables de Energía 14

15 5.1. Fisión nuclear, decaimiento radiactivo, situación internacional y nacional, reservas y producción de energía nuclear Reactores nucleares: de agua hirviente, de agua a presión, de agua pesada a presión, enfriada por gas, rápida Manejo de desechos nucleares. BIBLIOGRAFÍA BÁSICA Yergan, Daniel, Historia del Petróleo, Editorial Javier Vergara Editor, Buenos Aires, Etienne B., Guillermo y Menchaca S., Héctor, El petróleo y la petroquímica, ANUIES, Editorial Edicol, México, Lanuza, J. A., Petróleo, Editorial Offset, México, Meyerhoff, A., Yacimientos gigantescos de petróleo, Conacyt, México, Polo Encinas, Manuel, Energéticos y desarrollo tecnológico, Ed. Limusa, México, Vijay, Samudra, Molina, Luisa T. y Molina, Mario J., Cálculo de emisiones de contaminación atmosférica por uso de combustibles fósiles en el sector eléctrico mexicano, CEC, Montreal, BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA Culp, Archie W., Principles of energy conversion, McGraw-Hill, Millar, Paul J., Emisiones atmosféricas de las centrales eléctricas en América del Norte, Comisión para la Cooperación Ambiental de América del Norte, Jaccard, M., Sustainable Fossil Fuels: The unusual suspect in the quest for clean and enduring energy, Cambridge University Press, Segundo semestre, Programa: Fuentes No Renovables de Energía 15

16 PROGRAMA DE ESTUDIOS: FUNDAMENTOS Y APLICACIONES DE LA ENERGÍA EÓLICA PROTOCOLO Fechas Mes/año Clave PE-04-AE-02 Semestre Segundo Elaboración 07/2007 Nivel Licenciatura Maestría X Doctorado Aprobación Ciclo Integración Básico Superior X Aplicación Colegio H. y C.S. C. y T. X C. y H. Plan de estudios del que forma parte: Maestría en Fuentes Renovables de Energía y Eficiencia Energética Propósito(s) general(es): Que el estudiante conozca los fundamentos básicos de la energía eólica, de la estimación de su potencial, de sus aplicaciones más usuales y de los sistemas para su aprovechamiento. Asimismo, se desea que el estudiante pueda dimensionar y seleccionar un equipo para una aplicación específica que se desee con base en los recursos económicos con que se cuente. Carácter Modalidad Horas de estudio semestral (16 semanas) Seminario Taller Teóricas 36 Teóricas 36 Indispensable X Con Docente Autónomas Curso Curso-taller X Prácticas 12 Prácticas 12 Optativa * X Laboratorio Clínica Carga horaria semanal: 3 Carga horaria semestral: 48 Asignaturas Previas Economía de la Energía, Ingeniería Termodinámica y Fundamentos de Ingeniería Eléctrica Asignaturas Posteriores: Indispensable para la orientación de Sistemas Eólicos y Optativa para la orientación de Eficiencia Energética. Requerimientos para cursar la asignatura Conocimientos: Termodinámica Habilidades: Capacidad de abstracción para interpretar el comportamiento de datos, manejo de hojas de cálculo electrónicas y manejo básico de PC. Perfil deseable del profesor: Maestría o Doctorado en Ingeniería con conocimientos de termodinámica y máquinas térmicas. Academia responsable del programa: Programa de Energía Diseñador (es): Dr. Eduardo A. Rincón Mejía. *Aquellas en las que se ofrece la posibilidad de cursar una de las asignaturas, para cubrir un requisito INDISPENSABLE será considerada INDISPENSABLE. Segundo semestre, Programa: Fundamentos y Aplicaciones de la Energía Eólica 16

17 PROGRAMA DE ESTUDIOS FUNDAMENTOS Y APLICACIONES DE LA ENERGÍA EÓLICA INTRODUCCIÓN El recurso energético eólico de México es inmenso, tan sólo en el estado de Oaxaca se ha estimado, de manera conservadora, un potencial aprovechable para producir electricidad igual a la capacidad total instalada en todas las plantas de generación eléctrica que hay actualmente en nuestro país. La energía del viento es una forma de energía renovable cuyo aprovechamiento en sistemas de generación eléctrica, de bombeo, o con algún otro fin, carece de emisiones a la atmósfera, no contamina ni el suelo ni el agua, y de no utilizarse se diluye en la atmósfera merced a la disipación viscosa en las microescalas de turbulencia atmosférica. Además, las plantas eoloeléctricas no requieren de las grandes cantidades de agua para sistemas de enfriamiento de las plantas termoeléctricas, con las que se genera más del 75 por ciento de la electricidad que se consume en México, su impacto visual es mucho más amable que una central termoeléctrica de combustóleo, carbón o gas natural, y su ruido se limita a un siseo que sólo se escucha en las inmediaciones de los aerogeneradores. Caminando entre las torres de una central eoloeléctrica lo que generalmente se escucha es el zumbido del viento contra la vegetación y el trino de los pájaros. Una central eoloeléctrica paga por empleos y no por combustibles, usa un recurso local donde éste existe y requiere de un porcentaje importante de integración nacional y local para ser rentable. Asimismo, constituye en la actualidad la forma más económica de generar electricidad en gran escala, si se consideran los costos directos e indirectos, económicos, sociales y ambientales relacionados con la producción de energía eléctrica, es decir, desde el punto de vista de la sustentabilidad. La energía eólica es junto con la hidráulica, la biomasa y la solar, la base energética renovable para una transición hacia un sistema energético sustentable, basado necesariamente en fuentes limpias de energía. El presente programa corresponde a un curso básico, a nivel de maestría, para el aprovechamiento de la energía del viento, tanto para bombeo como para la generación de electricidad, y algunas otras posibles aplicaciones. PROPÓSITOS GENERALES Que el estudiante conozca los fundamentos básicos de la energía eólica, de la estimación de su potencial, de sus aplicaciones más usuales y de los sistemas para su aprovechamiento. Asimismo, se desea que el estudiante pueda dimensionar y seleccionar un equipo para una aplicación específica que se desee con base en los recursos económicos con que se cuente. Segundo semestre, Programa: Fundamentos y Aplicaciones de la Energía Eólica 17

18 PLANEACIÓN ESPECÍFICA UNIDAD 1. INTRODUCCIÓN Que el estudiante conozca de manera concisa el estado actual del aprovechamiento de la energía eólica en el mundo y analice cuál ha sido el desarrollo histórico del aprovechamiento del viento a fin de tener una visión de hacia dónde se dirige esta tecnología La energía eólica en México y en el mundo Programas eólicos de diversos países: Alemania, España, Dinamarca, Holanda, EUA, India, Reino Unido, Italia, Francia, etcétera La creciente demanda de electricidad Las políticas y los instrumentos gubernamentales para la promoción de las FRE, en especial la eólica Desarrollo histórico de los aeromotores. Aplicaciones de los aeromotores. UNIDAD 2. EVALUACIÓN DE LOS RECURSOS EÓLICOS Que el estudiante conozca el origen del viento y los factores geográficos globales, regionales y locales que lo producen y modifican, analice las técnicas estadísticas y probabilísticas empleadas para caracterizar los movimientos de aire; así como las metodologías empleadas para la medición del viento y la estimación de su potencial energético Caracterización del viento. Causas del viento. Potencia en el viento. Escalas del movimiento en la atmósfera. Variaciones espaciales y temporales Funciones de distribuciones de velocidad 2.3. Estimación de potenciales eólicos. Mapas eólicos Medición del viento. Tipos de anemómetros. Detección remota del viento Modelos computacionales para estimar potenciales eólicos. UNIDAD 3. AERODINÁMICA BÁSICA DE TURBINAS EÓLICAS Que el estudiante conozca los modelos aerodinámicos básicos para turbinas de eje horizontal (TEEH), discuta las condiciones reales del funcionamiento de una TEEH y conozca la teoría bidimensional de perfiles aerodinámicos. Segundo semestre, Programa: Fundamentos y Aplicaciones de la Energía Eólica 18

19 3.1. Perfiles aerodinámicos. Coeficientes de arrastre, de sustentación y de momento Modelos aerodinámicos de turbinas eólicas Modelo del disco actuador Teoría de Glauert del momento en ánulos. Teoría del vértice prescrito. Teoría de la estela vorticosa libre Estados de rotores eólicos Tipos de turbinas eólicas Parámetros para el funcionamiento de una turbina eólica de eje horizontal. Velocidad típica de punta, Solidez, Coeficientes de potencia Concepción de una turbina eólica óptima Verificación experimental de los modelos aerodinámicos básicos Turbinas comerciales. UNIDAD 4. DIMENSIONAMIENTO Y REGLAS DE SIMILITUD Que el estudiante aprenda a determinar el tamaño de una turbina de eje horizontal para que proporcione una determinada potencia para un viento con características prescritas y conozca las aplicaciones y los límites de la teoría de similaridad en el dimensionamiento de turbinas eólicas Diámetro de una turbina para una potencia de diseño a una velocidad de viento prescrita La teoría de la similaridad. Teorema Pi de Buckingham Aplicaciones y límites de la teoría Efecto del diámetro de la turbina sobre la potencia, el torque, el empuje, la velocidad de rotación, el peso, las fuerzas aerodinámicas, la fuerza centrífuga Efecto sobre los esfuerzos y la frecuencia natural de vibración. UNIDAD 5. COMPONENTES BÁSICOS DE UN AEROMOTOR Que el estudiante determine y caracterice los componentes que un aeromotor debe tener de acuerdo con la aplicación que se le desee dar Tipología de las turbinas. Turbinas de palas fijas, turbinas con palas móviles. Reguladores. Embragues. Frenos. Transmisión mecánica. Fuselaje. Torre. Cimentación Generadores. Bombas 5.3. Estación en tierra. Pararrayos. Segundo semestre, Programa: Fundamentos y Aplicaciones de la Energía Eólica 19

20 UNIDAD 6. BOMBEO EÓLICO Que el estudiante conozca los fundamentos del bombeo de agua para diversas aplicaciones empleando aeromotores y aprenda a dimensionar un sistema de bombeo eólico Tipología de bombas accionadas con energía eólica Operación combinada de turbinas eólicas con bombas acopladas Dimensionamiento de un sistema de bombeo eólico. UNIDAD 7. AEROGENERACIÓN Que el estudiante conozca los conceptos básicos para la generación de electricidad empleando aeromotores Conceptos básicos de máquinas generadoras de corriente alterna Tipos de excitación y diseños de construcción de máquinas de CA Las máquinas generadas síncronas conectadas a la red y sus aplicaciones Las máquinas de inducción y sus aplicaciones en aerogeneración. UNIDAD 8. CONTROL DE AEROMOTORES Que el estudiante conozca cómo mantener a una turbina eólica dentro de intervalos admisibles de operación, especialmente a altas velocidades del viento, para limitar su velocidad angular, su torque, potencia y empuje del rotor Propósitos del control Tipos de control Actuación sobre el rotor Ejemplos de sistemas de controles simples Ejemplos de sistemas de control rápido. Segundo semestre, Programa: Fundamentos y Aplicaciones de la Energía Eólica 20

21 BIBLIOGRAFÍA BÁSICA World Wind Energy Association (Ed.), Wind Energy International 2005/2006, WWEA Press, Caldera, E., Investigación y Desarrollo de la Energía Eólica en México, ANES, México, Aitken, D., Libro blanco: Transición hacia un futuro basado en las fuentes renovables de energía, Ed. UACM, México, Rohatgi, J. & V. Nelson, Wind Characteristics: An analysis for the generation of wind power, AEI, West Texas A&M University, Burgess Publishing, White, Frank M., Mecánica de Fluidos. 5ª Ed., McGraw-Hill / Interamericana de España, S.A., Gasch, Robert and Twelve, Jochen, Wind Power Plants: Fundamentals, Design, Construction and Operation, Earthscan Publications Ltd., Burton, Tony, Sharpe, David, Jenkins, Nick and Bossanyi, Ervin, Wind Energy Handbook, 1 st edition, John Wiley & Sons, Gipe, P., Energía Eólica Básica, Promotora General de Estudios; Translation edition, BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA Saldaña, R. y Galarza, M., Notas del Curso de Energía Eólica de la ANES, México, Spera, David A., Wind Turbine Technology: Fundamental concepts of wind turbine engineering, ASME Press, Eggleston, David, Wind Turbine Engineering Design, 1 st edition, Springer, Segundo semestre, Programa: Fundamentos y Aplicaciones de la Energía Eólica 21

22 PROGRAMA DE ESTUDIOS: DISEÑO TÉRMICO PARA APLICACIONES SOLARES PROTOCOLO Fechas Mes/año Clave PE-04-AS-02 Semestre Segundo Elaboración 07/2007 Nivel Licenciatura Maestría X Doctorado Aprobación Ciclo Integración Básico Superior X Aplicación Colegio H. y C.S. C. y T. X C. y H. Plan de estudios del que forma parte: Maestría en Fuentes Renovables de Energía y Eficiencia Energética Propósito(s) general(es): Que el estudiante conozca los fundamentos básicos y las aplicaciones de la transferencia de calor y la dinámica de fluidos, y los pueda aplicar en el diseño, operación y mantenimiento de sistemas para el aprovechamiento calorífico de la energía solar. Carácter Modalidad Horas de estudio semestral (16 semanas) Seminario Taller Teóricas 36 Teóricas 36 Indispensable X Con Docente Autónomas Curso Curso-taller X Prácticas 12 Prácticas 12 Optativa * X Laboratorio Clínica Carga horaria semanal: 3 Carga horaria semestral: 48 Asignaturas Previas Ingeniería Termodinámica Asignaturas Posteriores: Indispensable para la orientación de Energía Solar y Optativa para las orientaciones de Eficiencia Energética y Sistemas Eólicos. Requerimientos para cursar la asignatura Conocimientos: Termodinámica Habilidades: Capacidad de abstracción para interpretar el comportamiento de datos, manejo de hojas de cálculo electrónicas y manejo básico de PC. Perfil deseable del profesor: Maestría o Doctorado en Ingeniería con conocimientos de termodinámica y máquinas térmicas. Academia responsable del programa: Programa de Energía Diseñador (es): Dr. Eduardo A. Rincón Mejía. *Aquellas en las que se ofrece la posibilidad de cursar una de las asignaturas, para cubrir un requisito INDISPENSABLE será considerada INDISPENSABLE. Segundo semestre, Programa: Diseño Térmico para Aplicaciones Solares 22

23 PROGRAMA DE ESTUDIOS DISEÑO TÉRMICO PARA APLICACIONES SOLARES INTRODUCCIÓN Para el aprovechamiento calorífico de la energía solar se requiere de sistemas constituidos por dispositivos cuyo diseño y análisis, conocido como diseño térmico, tiene al menos cinco facetas fundamentales: 1. El análisis de la transferencia de calor entre los materiales sólidos con los que se construyen los dispositivos, y los fluidos que circulan a través de éstos. 2. La interacción sólido-fluido y/o fluido-fluido (conocida como dinámica de fluidos). 3. Las propiedades termomecánicas de los materiales sólidos y las termofísicas de los fluidos. 4. La optimización del sistema. 5. La instrumentación y el control de los procesos de termotransferencia y flujo. Así pues, el diseño térmico es una empresa creativa que involucra la aplicación racional de principios físicos, materiales y dispositivos para maximizar, manejar o controlar flujos de calor y temperaturas, que es precisamente la finalidad de los sistemas para el aprovechamiento calorífico de la energía solar. En este curso se tratan los conocimientos básicos e imprescindibles de las primeras tres facetas, listadas arriba, en una sola asignatura general denominada: Diseño térmico para aplicaciones solares, que consta de seis temas o capítulos agrupados en tres partes, que son las siguientes: Parte I. Fundamentos del diseño térmico.- Introducción al Diseño Térmico. Leyes generales y particulares de las Ciencias Térmicas. Ecuaciones de balance en medios continuos. Parte II. Elementos de dinámica de fluidos y sus aplicaciones.- La ecuación de Navier- Stokes y sus soluciones exactas. Modelación y diseño de sistemas de tuberías. Parte III. Elementos de termotransferencia y sus aplicaciones.- Análisis de la transferencia de calor. Aplicaciones de la termotransferencia. El reunir estos temas, aparentemente dispersos, que forman parte de asignaturas más convencionales, ha constituido un verdadero reto debido a las limitaciones de tiempo y a la vastedad de los conocimientos disponibles en cada faceta del diseño térmico. Se seleccionaron los temas que todo especialista en sistemas fototérmicos solares debe poseer para graduarse como Maestro, y se articularon de una manera coherente para ser estudiados en un semestre. Segundo semestre, Programa: Diseño Térmico para Aplicaciones Solares 23

24 PROPÓSITOS GENERALES Que el estudiante conozca los fundamentos básicos y las aplicaciones de la transferencia de calor y la dinámica de fluidos, y los pueda aplicar en el diseño, operación y mantenimiento de sistemas para el aprovechamiento calorífico de la energía solar. PLANEACIÓN ESPECÍFICA PARTE I: FUNDAMENTOS AL DISEÑO TÉRMICO UNIDAD 1. INTRODUCCIÓN AL DISEÑO TÉRMICO Que el estudiante conozca de manera concisa la naturaleza y los propósitos del diseño térmico de sistemas y el proceso generalmente iterativo del diseño térmico La naturaleza del diseño térmico El proceso de diseño térmico: Definición del control propósito. Formulación de un modelo analítico Evaluación de tasas de transferencia de calor, distribuciones de temperaturas, y limitaciones termodinámicas Determinación de requerimientos para los materiales y selección de éstos. Determinación de los requerimientos de potencia térmica Formulación de estrategias de regulación y control. UNIDAD 2. LEYES GENERALES Y PARTICULARES DE LAS CIENCIAS TÉRMICAS Que el estudiante conozca de manera conjunta las leyes fundamentales de la Física Clásica en la que se basa la solución de los problemas conjugados de transferencia de calor y dinámica de fluidos que se enfrentan en el diseño térmico de sistemas y que evalúe las similitudes y analogías entre las ecuaciones que modelan la difusión de calor, de momentum y de especies químicas, que implican un tratamiento matemático análogo Leyes Generales.- Ley de la conservación de la masa. Segunda Ley de Newton. Primera Ley de la Termodinámica. Segunda Ley de la Termodinámica Leyes Particulares.- Ley de Fourier para la difusión de calor. Ley de Newton del enfriamiento. Ley de Stefan-Boltzman de la radiación. Ley de Fick para la difusión de especies químicas. Segundo semestre, Programa: Diseño Térmico para Aplicaciones Solares 24

25 UNIDAD 3. ECUACIONES DE BALANCE EN MEDIOS CONTINUOS Que el estudiante conozca las ecuaciones de balance de propiedades físicas extensivas como la masa, el momentum, la energía y la entropía para masas de control y aplique el Teorema del Transporte de Reynolds para obtener de manera inmediata las correspondientes ecuaciones de balance para volúmenes de control, que es como resultan más útiles en la solución de problemas de termotransferencia Ecuaciones de balance sobre masas de control. Movimiento de un cuerpo. Coordenadas materiales y espaciales El Teorema del Transporte de Reynolds Ecuaciones de balance sobre volúmenes de control Balance de masa (ecuación de continuidad) Balance de momentum (2a Ley de Newton) Balance de momentum angular Balance de energía Balance de entropía Balance de exergía. PARTE II: ELEMENTOS DE DINÁMICA DE FLUIDOS Y SUS APLICACIONES UNIDAD 4. ECUACIÓN DE NAVIER STOKES Que el estudiante aprenda a determinar el tamaño de un sistema fototérmico solar para una determinada aplicación y conozca el manejo de programas de simulación de uso común para sistemas fototérmicos solares El tensor de esfuerzos. El tensor de rapideces de deformación. Ecuaciones constitutivas para el esfuerzo La ecuación constitutiva del fluido newtoniano. Coeficientes de viscosidad. Ecuación de Navier-Stokes Soluciones exactas. Aproximación de capa límite Flujos permanentes y transitorios. Régimen laminar y régimen turbulento. Segundo semestre, Programa: Diseño Térmico para Aplicaciones Solares 25

26 UNIDAD 5. MODELACIÓN Y DISEÑO DE SISTEMAS DE TUBERÍAS Que el estudiante conozca las normas técnicas internacionales y nacionales empleadas para determinar el rendimiento y operabilidad de captadores solares y de sistemas para el calentamiento de fluidos, discuta sus diferencias y particularidades y conozca las normas técnicas y ambientales vigentes en México para el calentamiento de fluidos para aplicaciones domésticas, industriales y de servicios Consideraciones para el diseño Estimación de pérdidas de en tuberías y accesorios Análisis y diseño de sistemas de tuberías Selección de bombas. PARTE III: ELEMENTOS DE TERMOTRANSFERENCIA Y SUS APLICACIONES UNIDAD 6. ANÁLISIS DE TRANSFERENCIA DE CALOR Que el estudiante evalúe el fenómeno de transferencia de calor por radiación -que a diferencia de la conducción y la convección puede presentarse entre cuerpos separados por un espacio al vacío- para su aplicación en problemas de termotransferencia en aplicaciones solares Conducción.- Conducción de calor en estado permanente y en estado no permanente Convección.- Convección forzada en flujos externos e internos. Convección natural. Condensación. Ebullición Radiación. Radiación de un cuerpo negro. Intensidad de la radiación emitida. Radiación incidente. Radiosidad. Espectro. Propiedades radiativas. Emitancia. Absortancia. Reflectancia. Transmitancia. Ley de Kirchhoff. El efecto de invernadero. Factores geométricos de vista. Modelo de superficie gris-difusa. Radiación neta entre dos superficies. UNIDAD 7. APLICACIONES DE LA TERMOTRANSFERENCIA Que el estudiante conozca las aplicaciones prácticas que involucran uno o más fenómenos térmicos básicos y de la aplicación de las leyes de la termodinámica, tales como el aislamiento térmico, las aletas, los intercambiadores de calor, los tubos de calor y los termosifones, que son imprescindibles en el diseño de sistemas fototérmicos solares. Segundo semestre, Programa: Diseño Térmico para Aplicaciones Solares 26

27 7.1. Aislamiento térmico.- Características y aplicaciones. Aislantes fibrosos. Aislantes granulares y en polvo. Aislantes celulares. Aislamiento reflectivo Transferencia de calor en superficies extendidas.- Aletas. Eficiencia global de la superficie Intercambiadores de calor y dispositivos relacionados.- Tecnología de intercambiadores de calor. Metodologías para el cálculo de intercambiadores de calor. Intercambiadores compactos. Tubos de calor y Termosifones. BIBLIOGRAFÍA BÁSICA Munson, Bruce R., Fundamentos de Mecánica de Fluidos, 1ª edición, Limusa, Peuser, Felix A., Remmers, Karl-Heinz y Schauss, Martin, Sistemas Solares Térmicos: Diseño e Instalación, 1ª edición, Promotora General de Estudios, S.A., Bejan, Adrian, Tsatsaronis, George and Moran, Michael, Thermal Design & Optimization, John Wiley & Sons, Guyer, Eric, Handbook of Applied Thermal Design, 1 st edition, CRC, Kakac, Sadik, Handbook of Single-Phase Convective Heat Transfer, John Wiley & Sons, Bejan, Adrian, Advanced Engineering Thermodynamics, 3 Ed., Wiley, Cengel, Yunus A. & Turner, Robert H., Fundamentals of Thermal-Fluid Sciences. 3 nd Ed., McGraw-Hill, Duffie, John & Beckman, William, Solar Engineering of Thermal Processes. 3 nd Ed., Wiley, Kreith, Frank and West, Ronald, Economics of Solar Energy and Conservation Systems (in three Volumes), CRC Press, BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA Martin C. and Y. Goswami, Solar Energy Pocket Reference, ISES Press, Ed. Gordon J., Solar Energy: The State of Art. ISES Position Papers, James & James, Rosner D., Transport Processes in Chemically Reacting Flow Systems, Butterworths, Stoecker, Wilbert, Design of Thermal Systems, 3 nd Ed., McGraw-Hill Science, Kreider, Jan and Kreith, Frank, Solar Energy Handbook, McGraw-Hill, Segundo semestre, Programa: Diseño Térmico para Aplicaciones Solares 27

28 PROGRAMA DE ESTUDIOS: SISTEMAS FOTOVOLTAICOS PROTOCOLO Fechas Mes/año Clave PE-04-SF-02 Semestre Segundo Elaboración 07/2007 Nivel Licenciatura Maestría X Doctorado Aprobación Ciclo Integración Básico Superior X Aplicación Colegio H. y C.S. C. y T. X C. y H. Plan de estudios del que forma parte: Maestría en Fuentes Renovables de Energía y Eficiencia Energética Propósito(s) general(es): Que el estudiante comprenda el efecto fotovoltaico mediante los fundamentos básicos de la conversión de energía solar; asimismo, que conozca los principales tipos de celdas solares y sus aplicaciones, los elementos de una instalación solar fotovoltaica y aspectos de su conexión a la red, de manera que pueda diseñar una instalación fotovoltaica y determinar su viabilidad técnica económica. Carácter Modalidad Horas de estudio semestral (16 semanas) Seminario Taller Teóricas 36 Teóricas 36 Indispensable X Con Docente Autónomas Curso Curso-taller X Prácticas 12 Prácticas 12 Optativa * X Laboratorio Clínica Carga horaria semanal: 3 Carga horaria semestral: 48 Asignaturas Previas Fundamentos de Ingeniería Eléctrica y Geometría Solar y Solarimetría. Asignaturas Posteriores: Indispensable para la orientación de Energía Solar y Optativa para las orientaciones de Eficiencia Energética y Sistemas Eólicos. Requerimientos para cursar la asignatura Conocimientos básicos sobre instalaciones eléctricas, circuitos eléctricos, geometría solar. Habilidades: Capacidad de abstracción para interpretar el comportamiento de datos, manejo de hojas de cálculo electrónicas y manejo básico de PC. Perfil deseable del profesor: Maestría o Doctorado en Ingeniería en el área de energía. Academia responsable del programa: Programa de Energía Diseñador (es): Mtro. Raúl Amilcar Santos Magaña. *Aquellas en las que se ofrece la posibilidad de cursar una de las asignaturas, para cubrir un requisito INDISPENSABLE será considerada INDISPENSABLE. Segundo semestre, Programa: Sistemas Fotovoltaicos 28

29 PROGRAMA DE ESTUDIOS SISTEMAS FOTOVOLTAICOS INTRODUCCIÓN La energía solar es una de las energías renovables más explotadas en la actualidad. La radiación que recibe la superficie terrestre puede convertirse en energía útil, ya sea en forma de calor, mecánica o eléctrica, mediante diversas tecnologías. Ante la posible escasez y encarecimiento de los combustibles convencionales la energía solar fotovoltaica es una buena opción para garantizar el suministro de energía ya que es considerada como una tecnología madura y que ha sido utilizada por muchos años. Las celdas solares son dispositivos que absorben energía de los fotones presentes en la luz que incide sobre ellas y la convierten en energía eléctrica. El potencial de utilización de la energía solar fotovoltaica es amplio y con esta tecnología se puede reducir el consumo de combustibles fósiles, evitando problemas ambientales asegurando el suministro de energía eléctrica con su aprovechamiento. Esta asignatura pretende introducir al estudiante en el mundo de la energía solar fotovoltaica, así como diseñar y dimensionar sus propios sistemas. PROPÓSITOS GENERALES Que el estudiante comprenda el efecto fotovoltaico mediante los fundamentos básicos de la conversión de energía solar; asimismo, que conozca los principales tipos de celdas solares y sus aplicaciones, los elementos de una instalación solar fotovoltaica y aspectos de su conexión a la red, de manera que pueda diseñar una instalación fotovoltaica y determinar su viabilidad técnica económica. PLANEACIÓN ESPECÍFICA UNIDAD 1. INTRODUCCIÓN A LA ENERGÍA SOLAR Que el estudiante conozca el desarrollo histórico de la energía solar fotovoltaica e identifique la tecnología de aplicación y los principales usos de la energía solar fotovoltaica Energía solar Desarrollo histórico Caracterización del recurso solar. Segundo semestre, Programa: Sistemas Fotovoltaicos 29