1.- DATOS DE LA ASIGNATURA. Nombre de la asignatura: Carrera: Clave de la asignatura: Créditos SATCA

Transcripción

1 1.- DATOS DE LA ASIGNATURA Nombre de la asignatura: Carrera: Clave de la asignatura: Créditos SATCA Sistemas de Generación de Energía No Convencional Ingeniería Eléctrica AIF PRESENTACIÓN Caracterización de la asignatura. Las fuentes de energía explotadas en el mundo son fundamentalmente no renovables y su generación se realiza en su mayoría a través de procesos contaminantes. Por ello, las principales medidas ambientales concernientes al sector energético se han centrado en dos ámbitos: el fomento de prácticas encaminadas a lograr el mayor grado de ahorro y de eficiencia energética y el apoyo a la generación de energía mediante fuentes alternativas menos agresivas del entorno. Por ello, los países desarrollados han optado por el fomento y expansión de las Energías Renovables No Convencionales y a su vez, cumplir con sus cuotas de reducción de emisiones de gases de efecto invernadero, en base al acuerdo de Kioto. Bajo estas obligaciones, las empresas generadoras de electricidad tienen un rol relevante en el desarrollo de nuevos proyectos que reduzcan la dependencia de combustibles como el carbón y el petróleo, y que al mismo tiempo, implique un aumento en el uso de fuentes renovables no convencionales como son eólicas, solares, biomasa, geotérmica y minihidraúlicas, entre otras. En este contexto se deben desarrollar sistemas y dispositivos para el aprovechamiento de fuentes renovables de energía, utilizando los conceptos y las herramientas apropiadas. La materia se ubica en un módulo de especialidad y se debe cursar en la parte terminal de su carrera, para que sea integradora de los conocimientos adquiridos durante su formación, por lo que incluye el desarrollo de un proyecto con un peso sugerido de 60% de la calificación total. Esta asignatura aporta al perfil del Ingeniero Electrico la capacidad para: Diseñar, analizar y construir equipos y/o sistemas electrónicos para la solución de problemas en el entorno profesional, aplicando normas, técnicas y estándares nacionales e internacionales. Crear, innovar y transferir tecnología aplicando métodos y procedimientos en proyectos de ingeniería eléctrica tomando en cuenta el desarrollo sustentable. Tomar decisiones en la planificación, selección de componentes y técnicas de montaje de sistemas de generación. Trabajar en grupos multidisciplinarios que le permitan interactuar e intercambiar conocimientos y experiencias para su formación integral.

2 Intención didáctica. El curso está organizado en cinco unidades de aprendizaje. En la primera (10 horas), se hace un repaso cronológico del uso de la energía, definiendo las principales formas de energía existentes y los recursos energéticos naturales renovables y no renovables. De la misma forma, se analizan los principales impactos medioambientales asociados al uso de la energía, las políticas y programas energéticos, el marco energético actual y las perspectivas de futuro. En la unidad dos (12 horas), se estudian los fundamentos de la conversión fotovoltaica y los diferentes componentes que integran una instalación de este tipo. Asimismo, se proporcionan ejemplos sobre el diseño, mantenimiento, montaje, costos y puesta en marcha de una instalación fotovoltaica. En la unidad tres (12 horas), se expone de una forma teórico-práctica el diseño y el cálculo del potencial eólico de un aerogenerador, describiendo los mejores emplazamientos, los costos y los tipos de turbinas más adecuadas en la implantación de un parque eólico. También se detallan las alteraciones ambientales producidas y la situación actual y perspectivas de futuro de esta fuente energética renovable en México. En la unidad cuatro (12 horas), se realiza una descripción de las diferentes aplicaciones de la biomasa con fines energéticos, proporcionando los procesos de transformación de la biomasa en energía. De la misma forma, se hace referencia a los vectores medioambientales afectados en su aprovechamiento energético y en las posibilidades futuras de desarrollo. La unidad cinco (29 horas) es la que lleva el peso específico de todo el programa, puesto que se encaminará al alumno en el diseño, construcción y control de prototipos de aplicación. Para propiciar la comprensión de los temas y llegar al fin deseado, el instructor deberá: Desarrollar la unidad de aprendizaje de acuerdo al modelo de Competencias. Realizar el encuadre del curso. Definir la planeación didáctica del proceso enseñanza aprendizaje con base a los estilos de aprendizaje de los alumnos para que adquieran la competencia profesional. Facilitar el aprendizaje, la solución de dudas y la integración de casos.

3 Propiciar la interacción y retro alimentación con los alumnos. Definir para su evaluación los criterios de desempeño. Por su parte, el alumno deberá: Antes de asistir a una clase: - Repasar conocimientos. - Previsión y preparación de necesidades de materiales y recursos. Durante la ejecución: - Escuchar y tomar notas. - Analizar y comprender el problema. - Buscar o diseñar un plan para la resolución del problema. - Aplicar el procedimiento seleccionado. - Comprobar e interpretar el resultado. Después de una clase: - Repasar ejercicios y problemas realizados. - Realizar otros ejercicios o problemas planteados por el profesor o en textos relacionados. El enfoque sugerido para la materia requiere que las actividades prácticas promuevan el desarrollo de habilidades para la experimentación, tales como: identificación, manejo y control de variables y datos relevantes; planteamiento de hipótesis; trabajo en equipo; asimismo, propicien procesos intelectuales como inducción-deducción y análisis-síntesis con la intención de generar una actividad intelectual compleja. En las actividades prácticas sugeridas, es conveniente que el profesor busque sólo guiar a sus alumnos para que ellos hagan la elección de las variables a controlar y registrar. Para que aprendan a planificar, que no planifique el profesor todo por ellos, sino involucrarlos en el proceso de planeación. Algunas de las actividades sugeridas pueden hacerse como actividad extra clase y comenzar el tratamiento en clase a partir de la discusión de los resultados de las observaciones. En el transcurso de las actividades programadas es muy importante que el estudiante aprenda a valorar las actividades que lleva a cabo y entienda que está construyendo su hacer futuro y en consecuencia actúe de una manera profesional; de igual manera, aprecie la importancia del conocimiento y los hábitos de trabajo; desarrolle la precisión y la curiosidad, la puntualidad, el entusiasmo y el interés, la tenacidad, la flexibilidad y la autonomía.

4 3.- COMPETENCIAS A DESARROLAR Competencias específicas: Analiza los sistemas de generación de energía eléctrica utilizando energías renovables y selecciona los elementos necesarios para construir prototipos de aplicación específica utilizando los conceptos, normativas y herramientas modernas que permitan cumplir con las especificaciones de operación y seguridad, observando los principios básicos de respeto al entorno. Competencias genéricas: Competencias instrumentales Capacidad de aplicar métodos y leyes que dan solución a problemas con redes eléctricas. Capacidad de análisis y síntesis. Capacidad de organizar y planificar. Conocimientos básicos de la carrera. Comunicación oral y escrita. Habilidades básicas de manejo de la computadora. Habilidad para buscar y analizar información proveniente de fuentes diversas. Solución de problemas. Toma de decisiones. Competencias interpersonales Capacidad para plantear y establecer un procedimiento de solución a cualquier problema. Saber trabajar con responsabilidad de manera individual. Saber trabajar en equipo. Ser disciplinado para desarrollar sus habilidades interpersonales. Competencias sistémicas Capacidad para aplicar los conocimientos adquiridos tanto teóricos como prácticos en la solución de problemas. Desarrollar la habilidad para el auto aprendizaje. Capacidad para investigar y depurar la información. Capacidad para desarrollar su creatividad e inventiva, para diseños propios. Capacidad de aprender nuevas tecnologías.

5 4.- HISTORIA DEL PROGRAMA Lugar y fecha de elaboración o revisión Instituto Tecnológico de Veracruz. Enero 16 al 20 del 2012 Participantes Academia de Ingeniería Eléctrica del Instituto Tecnológico de Veracruz Observaciones (cambios y justificación) Rediseño de la Especialidad en Aplicaciones Industriales dentro del Nuevo Plan de Estudios de Competencias para la Carrera de Ingeniería Eléctrica de Agosto del OBJETIVO(S) GENERAL(ES) DEL CURSO (Competencia específica a desarrollar en el curso) Analiza los sistemas de generación de energía eléctrica utilizando energías renovables y selecciona los elementos necesarios para construir prototipos de aplicación específica utilizando los conceptos, normativas y herramientas modernas que permitan cumplir con las especificaciones de operación y seguridad, observando los principios básicos de respeto al entorno. 6.- COMPETENCIAS PREVIAS Conocer el funcionamiento de las máquinas eléctricas (máquinas de CD y motores de inducción) Seleccionar con base en su funcionamiento, los dispositivos electrónicos básicos analógicos para diseñar y construir circuitos electrónicos básicos. Integrar los costos directos e indirectos correspondientes para determinar los precios unitarios de obra eléctrica, apegándose a la normatividad vigente.

6 7.- TEMARIO Unidad Temas Subtemas 1 Introducción (10 horas) 1. Breve historia del uso de la energía. 2. Energía y potencia. 3. Recursos energéticos. 4. Impacto medioambiental asociado al empleo de la energía. 5. Políticas y programas energéticos. 6. Perspectivas de futuro. 2 Energía solar fotovoltaica (12 horas) 1. Introducción. 2. Fundamentos de la conversión fotovoltaica. 3. Componentes de una instalación fotovoltaica. 4. Aplicaciones de la energía solar fotovoltaica. 5. Diseño y cálculo de una instalación fotovoltaica. 6. Montaje y puesta en marcha 7. Mantenimiento de la instalación. 8. Casos prácticos. 9. Costos e impacto ambiental. 3 Energía eólica (12 horas) 1. Introducción. 2. Aerogeneradores. 3. Instalaciones eólicas. 4. Potencial eólico y criterios de diseño. 5. Estudio técnico y económico de una instalación eólica. 6. Impacto ambiental. 7. Situación actual y futuro de la energía eólica. 4 Energía de la biomasa (12 horas) 1. Introducción y situación actual. 2. Tipos de biomasa. 3. Biomasa residual. 4. Cultivos energéticos. 5. Biocarburantes.

7 6. Procesos de transformación de la biomasa en energía. 7. Aplicaciones y experiencias. 8. Impacto ambiental. 5 Proyecto de instalación y aplicación a casos prácticos con energía no convencional. (29 horas) 1. Desarrollo un proyecto (sistema, prototipo o componente de un sistema, etc.) Sugerencias: Diseño de un sistema iluminación de una área pública. Diseño de una instalación fotovoltaica en una vivienda de interés social. Diseño de una instalación fotovoltaica en una zona residencial. Dimensionamiento de un aerogenerador. Diseño de un regulador de velocidad de un aerogenerador Diseño de un sistema de alimentación para bombeo utilizando energía no convencional.

8 8.- SUGERENCIAS DIDÁCTICAS (Desarrollo de competencias genéricas) Una de las cosas que se debe tomar en cuenta para la impartición de esta materia es que el profesor debe: Ser conocedor de la disciplina que está bajo su responsabilidad, conocer su origen y desarrollo histórico para considerar este conocimiento al abordar los temas. Desarrollar la capacidad para coordinar el trabajo en equipo; orientar el trabajo del estudiante y potenciar en él la autonomía, el trabajo cooperativo y la toma de decisiones. Mostrar flexibilidad en el seguimiento del proceso formativo e inducir la interacción entre los estudiantes. Tomar en cuenta el conocimiento de los estudiantes como punto de partida y como obstáculo para la construcción de nuevos conocimientos. Ante la ejecución de una actividad, señalar o identificar el tipo de proceso intelectual que se realizó: una identificación de patrones, un análisis, una síntesis. Al principio lo hará el profesor, luego será el alumno quien lo identifique. Ejemplo: identificar los componentes de un sistema y de cada componente, sus partes y con ello, deberá explicar las variables que se manejan para su correcto funcionamiento para simular y elaborar un prototipo que pueda ser mejorado. Propiciar actividades de búsqueda, selección y análisis de información en distintas fuentes. Fomentar actividades grupales que propicien la comunicación, el intercambio argumentado de ideas, la reflexión, la integración y la colaboración de y entre los estudiantes. Ejemplo: al socializar los resultados de las investigaciones y las experiencias prácticas solicitadas como trabajo extra clase. Observar y analizar fenómenos y problemáticas propias del campo ocupacional. Ejemplo analizar un sistema de generación con energías alternativas a una red eléctrica. Relacionar los contenidos de esta asignatura con las demás del plan de estudios a las que ésta da soporte para desarrollar una visión interdisciplinaria en el estudiante. Propiciar el desarrollo de capacidades intelectuales relacionadas con la lectura, la escritura y la expresión oral. Ejemplos: trabajar las actividades prácticas a través de guías escritas, redactar reportes e informes de las actividades de experimentación, exponer al grupo las conclusiones obtenidas durante las observaciones. Facilitar el contacto directo con materiales e instrumentos, al llevar a cabo actividades prácticas, para contribuir a la formación de las competencias para el trabajo experimental como: identificación manejo y control de variables y datos relevantes, planteamiento de hipótesis, trabajo en equipo.

9 Propiciar el desarrollo de actividades intelectuales de inducción-deducción y análisis-síntesis, que encaminen hacia la investigación. Desarrollar actividades de aprendizaje que propicien la aplicación de los conceptos, modelos y metodologías que se van aprendiendo en el desarrollo de la asignatura. Proponer problemas que permitan al estudiante la integración de contenidos de la asignatura y entre distintas asignaturas, para su análisis y solución. Cuando los temas lo requieran, utilizar medios audiovisuales para una mejor comprensión del estudiante. Propiciar el uso de las nuevas tecnologías en el desarrollo de la asignatura (el uso de computadora, software de simulación de redes eléctricas. Internet, y otros propios para circuitos eléctricos). 9.- SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN La evaluación de la asignatura se hará con base en el siguiente desempeño: Evaluación de reportes de investigaciones documentales y experimentales. Revisión de tareas de los problemas asignados en forma grupal o individual. Evaluar con examen los conocimientos adquiridos en clase. Desarrollo de un proyecto de aplicación (Se sugiere sea el 60% de la calificación).

10 10.- UNIDADES DE APRENDIZAJE Unidad 1: Introducción Competencia específica a desarrollar Actividades de Aprendizaje Conocer y expresar la situación histórica, el impacto ambiental, las políticas del manejo de energía en el mundo y las expectativas para el futuro Determinar, en su entorno, el aprovechamiento de energías renovables. Investigar en distintas fuentes y contrastar los conceptos de energías renovables. Investigar en diferentes fuentes de información el impacto ambiental asociado al uso de energía convencional contra la no convencional. Investigar sobre las políticas del plan nacional de energía y la normatividad aplicable en el aprovechamiento de las energías renovables. Unidad 2: Energía solar fotovoltaica Competencia específica a desarrollar Actividades de Aprendizaje Comprender los fundamentos de la conversión fotovoltaica y su interacción con el medio ambiente, y diseña una instalación de este tipo, considerando el mantenimiento, montaje, costos y puesta en marcha. Investigar las aplicaciones de la energía fotovoltaica en el ámbito mundial y nacional. Explicar los fundamentos de la conversión foto voltaica. Identificar los componentes de una instalación fotovoltaica y calcular la capacidad del sistema en una aplicación específica. Calcular los costos involucrados en el diseño y puesta en servicio de un sistema fotovoltaico.

11 Unidad 3: Energía eólica Competencia específica a desarrollar Actividades de Aprendizaje Analizar en forma teórica el diseño y el cálculo del potencial eólico de un aerogenerador y selecciona el mejor emplazamiento, las tipologías de turbinas más adecuadas en la implantación de un parque eólico y analiza los costos. Investigar la situación actual y perspectivas de futuro de la energía eólica en su entorno. Elaborar un diseño y calcular la capacidad de un aerogenerador para energizar una instalación específica. Elaborar un análisis de costos de una instalación eólica y contrastarlo con una instalación fotovoltaica. Investigar el impacto ambiental de un sistema de generación eólico. Unidad 4: Energía de la biomasa Competencia específica a desarrollar Actividades de Aprendizaje Identificar las aplicaciones de la biomasa con fines energéticos y comprende los procesos de transformación de la biomasa en energía con diferentes instalaciones. Investigar las aplicaciones de la biomasa y sus procesos de transformación en energía eléctrica. Hacer un análisis de los diferentes tipos de instalaciones que utilizan la biomasa para transformarla en componentes susceptibles de aplicarse en la generación de energía eléctrica. Investigar el impacto ambiental de un sistema que emplea biomasa en la generación de energía eléctrica.

12 Unidad 5: Proyecto de instalación y aplicación a casos prácticos con energía no convencional. Competencia específica a desarrollar Actividades de Aprendizaje Desarrollar un proyecto de aplicación usando energías alternativas (sistema, prototipo o componente de un sistema, etc.) Diseñar, seleccionar o construir sistemas o dispositivos innovadores que trasforman la energía obtenida de fuentes renovables en energía eléctrica. Sugerencias: Diseño de un sistema fotovoltaico para iluminación de una área pública. Diseño de una instalación fotovoltaica en una vivienda de interés social. Diseño de una instalación fotovoltaica en una zona residencial. Dimensionamiento de un aerogenerador. Diseño de un regulador de velocidad de un aerogenerador Diseño de un sistema de alimentación para bombeo utilizando energía no convencional. 1. FUENTES DE INFORMACIÓN Fuentes impresas. 1) Enríquez Harper, Gilberto. Centrales Eléctricas. Editorial Continental. México ) Ramírez Vázquez, José. Centrales Eléctricas. Enciclopedia CEAC. Barcelona Fuentes electrónicas df 2. %20imprenta.pdf