Guía Docente 2017/2018

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1 Guía Docente 2017/2018 SISTEMAS ENERGÉTICOS E HIDROELÉCTRICOS ENERGY AND HYDROELECTRIC SYSTEMS Grado en Ingeniería Civil Modalidad de enseñanza Presencial Universidad Católica San Antonio de Murcia Tlf: (+34) info@ucam.edu

2 Índice 23/11/ :22 SISTEMAS ENERGÉTICOS E HIDROELÉCTRICOS Breve descripción de la asignatura... 4 Requisitos Previos... 5 Objetivos... 5 Competencias y resultados de aprendizaje... 6 Metodología... 8 Temario... 8 Relación con otras materias Sistema de evaluación Bibliografía y fuentes de referencia Web relacionadas Recomendaciones para el estudio Material necesario Tutorías Universidad Católica San Antonio de Murcia Tlf: (+34) info@ucam.edu

3 SISTEMAS ENERGÉTICOS E HIDROELÉCTRICOS. Módulo: OBLIG-IC Materia: PLANIFICACIÓN Y GESTIÓN DE LOS RECURSOS HIDRÁULICOS Y ENERGÉTICOS. Carácter: Obligatoria. Nº de créditos: 4.5 ECTS. Unidad Temporal: CUARTO CURSO. SEGUNDO SEMESTRE Profesor de la asignatura: D. Jorge Garrido Holgado. jgarrido@ucam.edu. Horario de atención a los alumnos/as: el horario de atención al alumno se colgará al inicio de curso en el campus virtual de la asignatura. Profesor coordinador: Dr. D. Javier Senent Aparicio Breve descripción de la asignatura En nuestra profesión, cada vez es más necesario realizar infraestructuras con altos requerimientos eléctricos, que además sean capaces de producir electricidad y ser utilizadas como sistemas de producción de energía renovable. En muchas ocasiones, estas infraestructuras se encuentran en lugares aislados donde es posible realizar un despliegue de medios de producción energética que cubra nuestras necesidades mediante sistemas de energías renovables como la fotovoltáica o eólica. Las infraestructuras hidráulicas tienen un gran poder de producción de energía, la superficie terrestre está cubierta en un 71% de agua. Las centrales hidroeléctricas transforman esa energía en electricidad, aprovechando la diferencia de desnivel existente entre dos puntos. La energía se transforma primero en energía mecánica en la turbina hidráulica, ésta activa el generador, que transforma en un segundo paso la energía mecánica en energía eléctrica. La energía hidroeléctrica es la que genera electricidad de forma más barata en la actualidad. Esto se debe a que, una vez que la presa se ha construido y se ha instalado el equipamiento técnico, la fuente de energía (agua en movimiento) es gratuita. Esta fuente de energía es limpia y se renueva cada año a través del deshielo y las precipitaciones. Este tipo de energía es fácilmente accesible, ya que los ingenieros pueden controlar la cantidad de agua que pasa a través de las turbinas para producir electricidad según sea necesario. La asignatura permitirá al alumno adquirir los conocimientos generales esenciales de centrales hidroeléctricas, sistemas de producción de energía renovable, estaciones de bombeo e impulsiones, turbo máquinas, los saltos hidroeléctricos. 4

4 Brief Description In our profession, it is increasingly necessary infrastructure with high electrical requirements and are also capable of producing electricity and systems be used as renewable energy production. In many cases, these facilities are in remote locations where it is possible to perform a mass deployment of energy production that meets our needs through renewable energy systems such as photovoltaic or wind. Hydraulic infrastructures have great power for energy production, land surface is covered by 71 % water. Hydroelectric plants convert that energy into electricity, drawing the difference in slope between two points. The energy is first converted into mechanical energy into hydraulic turbine, it activates the generator, which in a second step transforms mechanical energy into electrical energy. Hydropower is what generates electricity more cheaply today. This is because, once the dam has been built and installed the technical equipment, the energy source (water in motion) is free. This energy source is clean and renewed each year through snowmelt and rainfall. This energy is easily accessible, and engineers can control the amount of water passing through turbines to produce electricity as needed. The course will allow students to receive basic general knowledge of hydroelectric systems, renewable energy production, pumping stations and drives, turbomachinery, hydroelectric jumps. Requisitos Previos Conocimientos de instalaciones eléctricas, hidráulica e hidrología, teoría y aplicación. Conocimientos de equipos de bombeo e instalaciones eléctricas. Objetivos El alumno conocerá los diferentes sistemas de generación de energía, desde las centrales hidroeléctricas, hasta los sistemas de energías renovables como la eólica, geotérmica, biomasa, térmica, fotovoltaicas. Dar a conocer al alumno los sistemas de generación de energía y sistemas de aprovechamiento hidráulico, así como los procedimientos de cálculo de sistemas de tuberías a presión y de lámina libre. Conocer las Centrales Hidroeléctricas, sus tipos, virtudes y defectos. El alumno aprenderá también 5

5 el funcionamiento de los sistemas energéticos, los sistemas de energías renovables como sistemas de generación y como sistemas de producción y consumo autónomos. Competencias y resultados de aprendizaje Competencias generales del titulo O1 Capacitación científico técnica para el ejercicio de la profesión de Ingeniero Técnico de Obras Públicas y conocimiento y ejercicio de las funciones de asesoría, análisis, diseño, cálculo, proyecto, dirección, construcción, gestión, mantenimiento, conservación y explotación de sistemas energéticos e hidroelectricos. O2 Comprensión de los múltiples condicionamientos de carácter técnico y legal que se plantean en la construcción de una obra pública, y capacidad para emplear métodos contrastados y tecnologías acreditadas, con la finalidad de conseguir la mayor eficacia en la construcción dentro del respecto por el medio ambiente y la protección de la seguridad y salud de los trabajadores y usuario de la obra pública. O3 Conocimiento, comprensión y capacidad para aplicar la legislación necesaria durante el ejercicio de la profesión de Ingeniero Técnico de Obras Públicas. O4 Capacidad para proyectar, inspeccionar y dirigir obras y servicios, en su ámbito. O5 Capacidad para el mantenimiento y conservación de los recursos hidráulicos y energéticos, en el ámbito de la Ingeniería. O7 Capacidad para la gestión, el mantenimiento, conservación y explotación de infraestructuras, en el ámbito de la Ingeniería Civil. O8 Capacidad para realizar estudios y diseñar captaciones de aguas superficiales o subterráneas, en su ámbito Conocimiento y capacidad para proyectar y dimensionar obras e instalaciones hidroeléctricas, sistemas energéticos, aprovechamientos hidroeléctricos y planificación y gestión de recursos hidráulicos superficiales y subterráneos. Comprensión de los múltiples condicionamientos de carácter técnico y legal que se plantean en la construcción de una obra pública, y capacidad para emplear métodos contrastados y tecnologías acreditadas, con la finalidad de conseguir la mayor eficacia en la construcción dentro del respeto por el medio ambiente y la protección de la seguridad y salud de los trabajadores y usuario de la obra pública. Capacidad para, proyectar, inspeccionar, dirigir obras y servicios, realización de estudios de sistemas energéticos. Capacitación para la realización de estudios de eficiencia energética. Diseño de sistemas de alimentación autónomos, sistemas hidroelectricos. Gestión y mantenimiento de centrales y sistemas energéticos. 6

6 Competencias transversales T1 Capacidad de análisis y síntesis. T2 Capacidad de organización y planificación. T4 Conocimiento y compresión de la legislación y normativa relativas a las distintas áreas de estudio de la titulación. T5 Conocimiento de informática relativo al ámbito de estudio. T7 Resolución de problemas. T8 Toma de decisiones. T11 Trabajo en equipo de carácter interdisciplinar. T22 Sensibilidad hacia temas medioambientales Competencias específicas OUIC1 Conocimiento y capacidad para proyectar y dimensionar obras e instalaciones hidráulicas, sistemas energéticos, aprovechamientos hidroeléctricos. OUIC2 Conocimientos de planificación y gestión de los recursos hidráulicos y sus infraestructuras. Capacidad para evaluar y regular recursos hídricos Conocer los sistemas de generación de energía renovable así como el dimensionamiento de estaciones autónomas de producción energética y sistemas hidroelectricos. Conocer el marco legal y normativas aplicables. Resultados del aprendizaje Diseño de sistemas de alimentación autónomo mediante energías renovables. Conocimiento de las obras civiles de almacenamiento, transporte y aprovechamiento energético del agua: presas, conducciones, canales y aprovechamientos hidroeléctricos. Diseño y dimensionamiento de sistemas de producción de energía eléctrica. Dominio de los diferentes elementos que intervienen en el diseño de un sistema de generación de energía. Conocimiento de los diferentes elementos que intervienen en el diseño de un aprovechamiento hidroeléctrico. 7

7 Metodología Metodología Exposición teórica Grupos de discusión, seminarios Tutoría Evaluación Estudio personal Preparación de trabajo y exposición Análisis de artículos científicos Búsquedas bibliográficas Horas Horas de trabajo presencial 45 horas (40 %) Horas de trabajo no presencial 67,5 horas (60 %) TOTAL 112, ,5 Actividades presenciales 1. Clases en el aula (29 horas): Exposición de contenidos por parte del profesor, análisis de competencias, explicación y demostración de capacidades, habilidades y conocimientos en el aula o a través de medios audiovisuales. Las presentaciones estarán a disposición del alumnado en el campus virtual en fecha previa a la de su exposición en clase. 2. Seminarios/grupos de discusión (5 horas): Discusión sobre temas monográficos de actualidad, se ilustrará algún contenido teórico con materiales informáticos y/o audiovisuales para después someterlos a debate. Exposición de trabajos realizados por los alumnos, resolución de problemas, análisis y asimilación de los contenidos de la materia, consultas bibliográficas, preparación de trabajos individuales y/o grupales y pruebas de autoevaluación. 3. Tutorías (5 horas): Se realizarán tutorías individualizadas y en grupos reducidos para aclarar dudas o problemas planteados en el proceso de aprendizaje, dirigir trabajos, revisar y discutir los materiales y temas presentados en las clases, orientar al alumnado acerca de los trabajos y lecturas a realizar, afianzar conocimientos, comprobar la evolución en el aprendizaje de los 8

8 alumnos, y proporcionar retroalimentación sobre los resultados de ese proceso, empleando para ello diferentes herramientas informáticas como foros, chats, o autoevaluaciones. 4. Evaluación (6 horas): Se realizarán todas las actividades necesarias para evaluar a los estudiantes a través de los resultados de aprendizaje en que se concretan las competencias adquiridas por el alumno en cada materia. En estas evaluaciones se tendrá en cuenta el examen propiamente dicho, los trabajos realizados y su exposición, las prácticas en el laboratorio de hidráulica y la participación del estudiante en las actividades formativas relacionadas con tutorías, foros, debate, exposición de trabajos, sesiones prácticas, etc Actividades no presenciales Con el trabajo no presencial el alumno debe ser capaz de reforzar, a través del estudio independiente y grupal, los contenidos trabajados en las actividades presenciales. 1. Estudio personal (45 horas): Tiene como objeto asimilar los contenidos y competencias presentados en las clases y preparar posibles dudas a resolver en las tutorías, realización de actividades de aprendizaje y preparación de exámenes. 2. Preparación de trabajos y exposiciones (12 horas): Realización de trabajos prácticos y/o teóricos propuestos por el profesor responsable, de forma individual o en grupo. Esta actividad incluye la lectura y síntesis de las publicaciones y libros recomendados por los profesores y es fundamental para una correcta preparación de los ejercicios, casos clínicos y trabajos. Además los alumnos deberán preparar las presentaciones orales apoyándose en diferentes herramientas audiovisuales para realizar las exposiciones orales ya sean individuales como en grupo. 3. Análisis de artículos científicos (6 horas): Estudio de los artículos más relevantes sobre temas relacionados con la asignatura, así como la elaboración de documentos de análisis y reflexión. 4. Búsquedas bibliográficas (4.5 horas): Lectura y síntesis de las lecturas recomendadas por los profesores, y de aquellas que el alumno pueda buscar por su cuenta. Este proceso resulta vital para una correcta preparación de los ejercicios, casos prácticos, problemas y trabajos propuestos en clase; y para que el alumno acceda a fuentes de información relevante, en especial revistas y periódicos de actualidad empresarial, que le permitan familiarizarse con autores destacados, y desarrollar la capacidad de análisis, síntesis y argumentación. 9

9 Temario Programa de la enseñanza teórica BLOQUE I: SISTEMAS ENERGETICOS TEMA 1: Las Energías Renovables El sistema energético español Demanda energética en España o Potencia instalada en España o Potencia instalada y energía producida. o Eficiencia del sistema eléctrico o Primas a las energías renovables y déficit tarifario Clasificación de las energías renovables Plan de energías renovables PER TEMA 2: Energía Eólica Introducción a la energía eólica Evaluación del recurso eólico Evaluación de un emplazamiento Tecnología, aerogeneradores y parque eólicos Componentes de una instalación Eólica aislada Control de potencia en aerogeneradores Mecanismos de orientación Palas de los aerogeneradores Cálculo y dimensionamiento de instalaciones aisladas TEMA 3: Energía Solar Fotovoltaica Introducción a la energía solar fotovoltaica. Radiación Clasificación de instalaciones solares fotovoltaica según su conexión. 10

10 Componentes de una instalación solar fotovoltaica. Estructuras soporte de paneles fotovoltáicos Diseño de sistemas fotovoltaicos para instalaciones aisladas Legislación existente relativa a instalaciones fotovoltáicas Calculo y dimensionamiento de sistemas autónomos fotovoltaicos Calculo y dimensionamiento de sistemas autónomos mixtos BLOQUE II: SISTEMAS HIDROELECTRICOS TEMA 4: Fundamentos de la Ingeniería hidráulica aplicada a sistemas hidroeléctricos Circulación de agua en tuberías Pérdida de carga por fricción Perdida de carga por turbulencia Circulación del agua en canales abiertos TEMA 5: Aprovechamiento integral de una cuenca Pequeños aprovechamientos Tipos de aprovechamientos Planificación y evaluación de un aprovechamiento Evaluación del recurso hídrico Régimen de caudales. Caudal Ecológico Estimación de la potencia generada Producción energética firme 11

11 TEMA 6: Estructuras hidráulicas. Clasificación y descripción de centrales, presas y embalses. Estructuras hidráulicas Presas Presas de materiales sueltos. Presas de hormigón. Carga y estabilidad de una presa Seguridad de la presa Azudes y aliviaderos Estructuras para disipar energía TEMA 7: Evaluación de Instalaciones hidráulicas de alimentación de turbinas. Estructura de toma de agua Sistemas de apertura, cierre y regulación Clasificación y características de la tubería forzada Transitorios. Golpe de ariete y chimeneas de equilibrio. Análisis del golpe de ariete en bombeos y turbinación Métodos de reducción del efecto del golpe de ariete Diseño y dimensionado de canales abiertos Diseño y dimensionado de la tubería forzada. o Calculo del diámetro optimo y espesor de la pared o Análisis de la Onda de presión o Apoyos y bloques de anclaje 12

12 TEMA 8: Máquinas hidráulicas. Introducción y generalidades sobre las máquinas hidráulicas. Clasificación de maquinas de fluidos. Elementos característicos de una turbomáquina Balance energético de una máquina hidráulica. Instalaciones de bombeo y turbinación Análisis dimensional y semejanza física de las turbo máquinas Volumen de control. Conservación de masa. Conservación del momento cinético. Teorema de Euler. Ecuación de Bernoulli en el movimiento relativo al rotor Grados de reacción Análisis, diseño y dimensionamiento de Turbinas Programa de la enseñanza práctica - PRÁCTICA 1: Calculo y dimensionamiento de sistemas de alimentación autónomos.(bloque I) - PRÁCTICA 2: Calculo y dimensionamiento de una Central Hidroeléctrica. (Bloque II) - PRÁCTICA 3: Análisis de funcionamiento de turbo-máquinas /Trabajo y exposición en grupo. (Bloque II) Relación con otras materias Los sistemas energéticos e hidroeléctricos, mantienen una estrecha relación con las materias de instalaciones eléctricas, hidráulica e hidrología I y II, ingeniería marítima y costera, así como la dinámica de fluidos, tanto en su parte teórica como práctica. Sistema de evaluación Requisitos Generales: 1- Cada bloque se evaluará asignándole su ponderación correspondiente. 2- Los bloques se componen de parte teórica y práctica. 3- Cada práctica se evaluará de 0 a 10 puntos y se establecerá media entre ellas. La entrega de TODAS las prácticas en tiempo y forma establecida, y superación de las mismas, es de 13

13 carácter obligatorio para la evaluación continua. No se admitirán entregas fuera de los pazos establecidos. 4- Se realizarán dos parciales y se aplicará media con los porcentajes indicados como criterios de evaluación continua, sólo cuando se superen los exámenes y las prácticas con la nota de corte establecida (mayor o igual a 4.0 puntos). 5- En el caso de no superar los exámenes o no alcanzar la nota de corte para la aplicación de media (4 sobre 10), la nota del expediente será la del examen no superado. 6- La nota de corte para conservar la calificación obtenida en una prueba de evaluación parcial, trabajos y ejercicios o prácticas, y por lo tanto considerar que los resultados de aprendizaje asociados a las competencias han sido alcanzados, se establece, con carácter general, en un mínimo de 5 puntos sobre 10, si la nota es inferior, no se guardará la calificación y el alumno deberá realizar las pruebas de recuperación correspondiente. - Parte teórica: 80% del total de la nota Convocatoria de Febrero/Junio: PARCIAL 1 (Bloque I): 25% del total de la nota. PARCIAL 2 (Bloque II): 55% del total de la nota. - Parte práctica: 20% del total de la nota. Convocatoria de Septiembre / Noviembre: Para los alumnos que realicen los dos bloques en septiembre / noviembre: PARCIAL 1 (Bloque I): 35% del total de la nota. PARCIAL 2 (Bloque II): 65% del total de la nota. El sistema de calificaciones (RD 1.125/2003. de 5 de septiembre) será el siguiente: 0-4,9 Suspenso (SS) 5,0-6,9 Aprobado (AP) 7,0-8,9 Notable (NT) 9,0-10 Sobresaliente (SB) La mención de matrícula de honor podrá ser otorgada a alumnos que hayan obtenido una calificación igual o superior a 9,0. Su número no podrá exceder del 5% de los alumnos matriculados en una materia en el correspondiente curso académico, salvo que el número de alumnos matriculados sea inferior a 20, en cuyo caso se podrá conceder una sola matrícula de honor. 14

14 Bibliografía y fuentes de referencia Bibliografía básica CUESTA, L., VALLARINO, E. (2000); Aprovechamientos Hidroeléctricos, 2 volúmenes; Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos; Madrid. Granados, Garrote, Delgado y Martín (2003). Problemas de Obras Hidráulicas. Servicio de Publicaciones del CICCP. GÓMEZ EXPÓSITO, A. et al. (2002); Análisis y operación de sistemas de energía eléctrica, McGraw-Hill. GRUPO FORMACIÓN DE EMPRESAS ELÉCTRICAS (1994), Centrales hidroeléctricas. Tomo II: Turbinas hidráulicas, Paraninfo. WARNICK, C.C. et al. (1984); Hydroelectric Engineering, Prentice-Hall. WILHELMI, J.R. (2000; rev. 2007); Análisis de sistemas hidroeléctricos, Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Madrid. ESHA Laymans book On how to develop a small hydro site (second edition, 1998) Bibliografía complementaria Colección energías renovables. J.M Escudero López. Editorial Mundi Prensa Mexico, 2008 Energías Renovables, Sustentabilidad y Creación de Empleo. Emilio Menéndez Pérez. Energía Solar fotovoltaica en la Comunidad de Madrid. ASIF. Web relacionadas

15 Recomendaciones para el estudio Al comienzo de la Asignatura es necesario que el alumno repase los contenidos correspondientes a las asignaturas de Hidráulica e Instalaciones eléctricas, como punto de partida. La asignatura requiere un seguimiento continuo por parte del alumno. Se recomienda estudiar conforme se desarrollen los contenidos en clase y realizar los ejercicios propuestos, preferentemente antes de su resolución por parte del profesor. El curso cuenta con un aula virtual desde la que poder realizar su seguimiento a través de Internet y una metodología de trabajo basada en la aplicación práctica de los conocimientos mediante la formulación de supuestos reales y el desarrollo de un trabajo final. Material necesario El material se preparará en reprografía. El seguimiento de las clases se realizará a través del aula virtual, donde se publicará la documentación complementaria necesaria para el correcto transcurso de la asignatura. Tutorías Se realizarán tanto tutorías personalizadas como a nivel de grupo, para aquellos alumnos que necesiten asentar conocimientos sobre las cuestiones tratadas en la asignatura y para el correcto desarrollo de los trabajos. 16