Presentación y objetivos

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1 Presentación y objetivos Los problemas medioambientales derivados del uso del automóvil y la necesidad de diversificar las fuentes de energía en el sector transporte han puesto en primer plano de la actualidad al vehículo eléctrico. El hidrógeno se presenta como uno de los mejores candidatos para ser "el combustible del futuro". Las necesidades previstas para los próximos años son: establecimiento de puntos de recarga eléctricos; diseño, fabricación, mantenimiento y reparación de estos vehículos. Una nueva visión hacia una movilidad sostenible y muy diferente a la conocida actualmente. Por estos motivos se hace necesaria una formación en estas nuevas tecnologías de hibridación de vehículos y poder así hacer frente a este nuevo reto. El alumno estará capacitado para identificar los tipos de vehículos, su funcionamiento y averías eléctricas, así como, los nuevos conceptos de puntos de recarga. Al finalizar el estudio del presente curso, el alumno aprenderá: Conocer los principios físico-químicos que rigen en la cadena del hidrógeno y analizar las distintas formas de almacenamiento de hidrógeno, así como su utilización en casos concretos. Profundizar en los principios básicos de funcionamiento, características y componentes de una pila de combustible, y sus aplicaciones. Diferenciar los diversos tipos de vehículos híbridos y eléctricos, sus configuraciones, su funcionamiento, con sus ventajas y desventajas. Identificar y conocer las características de los componentes electrónicos de potencia más comunes. Conocer las alternativas que se platean para el sector del transporte, en especial para el vehículo eléctrico. Estudiar cómo se produce la recarga de un vehículo eléctrico. Para todo ello se utilizará el siguiente software: HOMER * Requisitos: cualquier sistema operativo Windows y emuladores de Windows para Mac y Linux.

2 Módulo 1: Procesos de hidrógeno UNIDAD 1. Introducción: conceptos generales y economía del H Conceptos generales Historia del hidrógeno Propiedades del hidrógeno Obtención del hidrógeno Almacenamiento Distribución del hidrógeno Usos del hidrógeno Ventajas y desventajas del hidrógeno 1.2. La economía del hidrógeno Cómo surge? Tecnologías del hidrógeno El futuro del hidrógeno UNIDAD 2. Producción de hidrógeno 2.1. Estado actual 2.2. Producción de hidrógeno a partir de fuentes renovables Procesos Electrolíticos Producción de H 2 electrolítico con acoplamiento a producción renovable Producción de hidrógeno a partir de biomasa Producción biofotolítica de hidrógeno Nuevas tecnologías incipientes 2.3. Producción de hidrógeno a partir de fuentes no renovables Producción de hidrógeno a partir de gas natural Producción de hidrógeno por medio de oxidación parcial de hidrocarburos Producción de hidrógeno a partir de carbón Técnicas de secuestro y captura de CO 2.4. Purificación de hidrógeno Tratamientos de purificación 2.5. Costes de producción de hidrógeno Ejemplo: pila de combustible Comparativa económica de costes de producción de H2 por diversos métodos

3 UNIDAD 3. Almacenamiento y distribución de hidrógeno UNIDAD 4.. Pilas de combustible 3.1. Características para el almacenamiento Sistemas de almacenamiento 3.2. Almacenamiento de hidrógeno gas a presión 3.3. Almacenamiento de hidrógeno líquido 3.4. Almacenamiento de hidrógeno absorbido mediante hidruros metálicos 3.5. Almacenamiento de hidrógeno adsorbido en superficie Materiales carbonosos y polímeros orgánicos Polímeros coordinados con metales (MOF) Zeolitas 3.6. Almacenamiento químico 3.7. Sistemas de distribución de hidrógeno Distribución de hidrógeno gas comprimido por carretera Distribución de hidrógeno gas canalizado Distribución de hidrógeno líquido por carretera Distribución de hidrógeno líquido por vía marítima Distribución de hidrógeno líquido por vía férrea 3.8. Estaciones de servicio de hidrógeno Implantación de hidrogeneras Dimensionamiento de una hidrogenera Tipos de hidrogeneras 3.9. Equipos auxiliares Válvulas Reguladores de presión Compresores Otros equipos 4.1. Historia de las pilas de combustible 4.2. Concepto de una pila de combustible. Estructura básica Reacciones en una celda de combustible Estructura básica Otras características 4.3. Funcionamiento de una pila de combustible Nociones básicas de termodinámica. Leyes de la termodinámica Potencial ideal de una pila de combustible Potencial real de una pila de combustible El Ciclo de Carnot Comparativa rendimiento pila de combustible ciclo de Carnot Funcionamiento real: diseño de pilas y punto de operación 4.4. Tipos de pilas de combustible Celda de combustible de electrólito de polímero o de membrana de intercambio de protones (PEFC O PEMFC) Celda de combustible alcalina (AFC) Celda de combustible de ácido fosfórico (PAFC) Celda de combustible de metanol directo (DMFC) Celda de combustible de carbonatos fundidos (MCFC) Celda de combustible de óxido sólido (SOFC) Análisis comparativo de las distintas tecnologías de pilas

4 UNIDAD 5. Usos y aplicaciones del hidrógeno 4.5. Ventajas e Inconvenientes de las pilas de combustible Alta eficiencia Sin partes móviles Funcionamiento continuo Modularidad Respuesta rápida Emisiones Variedad de combustibles Durabilidad Precio Tecnología en evolución Sensibilidad hacia venenos catalíticos 4.6. Balance de planta: componentes auxiliares en las pilas de combustible Compresores, filtros y humidificadores Reguladores de presión y válvulas Ventiladores y radiadores Convertidores de corriente DC/AC o DC/DC Sistemas híbridos: baterías y condensadores 4.7. Tendencias 4.8. Motores de combustión de hidrógeno 5.1. Usos del hidrógeno: aplicaciones estacionarias Producción eléctrica a gran escala Sistemas de microcogeneración Sistemas de alimentación ininterrumpida y de back up 5.2. Usos del hidrógeno: aplicaciones móviles Carretillas elevadoras Turismos Autobuses Movilidad aérea Barcos y movilidad marítima Otros vehículos Perspectivas de futuro en aplicaciones móviles 5.3. Usos del hidrógeno: aplicaciones portátiles Teléfonos móviles Ordenadores portátiles Otros dispositivos Dibujo original de una pila de combustible de Grove, padre de esta tecnología

5 UNIDAD 6. Seguridad y normativa 6.1. Comportamiento básico de seguridad: prevención, control de riesgos y recomendaciones Peligros del uso del hidrógeno Detección de hidrógeno Recomendaciones sobre el diseño, fabricación y uso de sistemas de almacenamiento y distribución de hidrógeno Ficha de datos de seguridad Seguridad frente a atmósferas explosivas Evaluación de riesgos en instalaciones de hidrógeno 6.2. Reglamentación y normativa relativa a las tecnologías del hidrógeno Normalización Reglamentación UNIDAD 7. Normativa 7.1. España 7.2. Chile 7.3. Colombia 7.4. México Ejemplo: celda de combustible básica, componente básico de la pila de hidrógeno.

6 Módulo 2: Vehículos híbridos y eléctricos UNIDAD 1. Conceptos generales 1.1. Qué es un vehículo eléctrico 1.2. Historia del coche eléctrico, estado actual del mercado y la técnica 1.3. El porqué del cambio al vehículo eléctrico Eficiencia energética de la tecnología Medio ambiente urbano Industria Sinergias de ambos sectores (Transporte y Energía) 1.4. Marco Español del Vehículo Eléctrico 1.5. Integración del vehículo eléctrico en la red eléctrica Operación del sistema eléctrico Regulación de la demanda Integración de energías renovables 1.6. Tecnologías de propulsión (comparativa) Tracción por motor de combustión (MACI) Tracción eléctrica Tracción híbrida UNIDAD 2. Arquitectura del vehículo 2.1. Componentes Motores eléctricos Motores gasolina o diesel Baterías (tipos) Pilas de combustible Supercondensadores Convertidores (DC/DC) Inversores Acoplador de par mecánico Cajas de cambios alternativas Volantes de inercia Sistema de hidrógeno Carrocería 2.2. Tipologías y powertrains Vehículos eléctriocos Vehículo eléctrico impulsado por baterías como elemento principal de almacenamiento Vehículo eléctrico con pila de combustible Vehículos híbridos Trenes de potencia híbridos en serie con acoplamiento eléctrico Trenes de potencia híbridos en paralelo (acoplamiento mecánico) Ciclos de conducción A.1. Lideres tecnológicos en desarrollo en sistemas de propulsión con pila de combustible A.1.1. Coches de pasajeros A.1.2. Autobuses A.1.3. Carretillas A.1.4. Vehículos de reparto A.1.5. Nuevos pasos en el camino a la Comercialización Kart eléctrico de pila de combustible. Vehículo participante por España en Formula 0

7 UNIDAD 3. Sistemas de almacenamiento de energía de vehículo 3.1. Introducción 3.2. Fundamentos físicos Unidades eléctricas del almacenamiento 3.3. Tipos de almacenamiento eléctrico Densidad energética y densidad de potencia Densidad energética en funci n del volumen Costes Vida útil Elección de una tecnología de almacenamiento 3.4. Baterías Principio físico y características Tipos 3.5. Condensadores 3.6. Volantes de inercia 3.7. Características técnicas (hojas técnicas) Baterías Condensadores Discos de inercia 3.8. Pilas de Combustible Esquema básico de una batería niquel - cadmio Ejemplo de componentes de un vehículo eléctrico y su disposición en planta.

8 UNIDAD 4. Diseño vehicular 4.1. Sistemas auxiliares del motor eléctrico Equipos principales del vehículo eléctrico Equipos auxiliares del vehículo eléctrico 4.2. Frenado y recuperación de energía Toyota Prius. Sistema de frenada regenerativa 4.3. Circuitos de suspensión y dirección Suspensión Dirección Sistema de dirección asistirá eléctrica (EPS) 4.4. Motores y Sistemas de transmisión Motor eléctrico y motor de combustión interna La transmisión Transmisión híbrida 4.5. Regulación de velocidad Regulación de velocidad en motores de inducción: técnica de regulación de velocidad (PWM) Otros tipos de regulación de la velocidad en motores de inducción Regulación de velocidad en motores de corriente continua 4.6. Estrategias de control del vehículo híbrido Controlador de supervisión del vehículo Estrategia de selección de modo Modos de funcionamiento del Toyota Prius 4.7. Dimensionado Motor eléctrico Baterías 4.8. Modelos comerciales de vehículos híbridos y eléctricos de baterías Toyota Prius BMW i Reva Otros modelos de coches eléctricos Opel hydrogen REVA Vehículo Eléctrico de Pila de Combustible Sistema de carga inductivo de un vehículo

9 UNIDAD 5. Recarga de vehículos 5.1. Recarga eléctrica Recarga lenta Recarga semi-rápida Recarga rápida Otros tipos de recarga novedosos y tendencias de la tecnología 5.2. Sistema V2G. El vehículo eléctrico como estabilizador de la red eléctrica 5.3. Aumento de la demanda eléctrica 5.4. Arquitectura del poste de recarga 5.5. Modos de carga eléctrica 5.6. Tipos de toma de corriente 5.7. Recarga de hidrógeno Tipos de hidrogeneras Dimensionamiento de una hidrogenera UNIDAD 6. Normativa relativa al vehículo eléctrico 6.1. Introducción a la normativa 6.2. Normativa internacional Principales organismos internacionales Principales normas internacionales 6.3. Legislación puntos de recarga 6.4. Incentivos y ayudas promovidas por los gobiernos nacionales Europa Estados Unidos México

10 Módulo 3: Electricidad UNIDAD 1. Conceptos básicos 1.1. Breve historia de la electricidad 1.2. La energía y sus transformaciones Concepto de energía 1.3. Principios básicos de electricidad Electricidad Electrostática Electrodinámica Carga eléctrica Fuerza eléctrica Campo eléctrico Cálculo del campo eléctrico Representación del campo eléctrico: líneas de fuerza 1.4. Magnetismo Imanes Campo magnético 1.5. Propiedades eléctricas de los materiales Materiales conductores Materiales aislantes UNIDAD 2. Circuitos eléctricos 2.1. Circuito eléctrico 2.2. Magnitudes fundamentales del circuito eléctrico Tensión eléctrica Fuerza electromotriz Cantidad de electricidad Intensidad de corriente Densidad de corriente Resistencia eléctrica Conductancia eléctrica Resistividad eléctrica de un conductor Resistencia de un conductor 2.3. Elementos de un circuito eléctrico Resistencias Condensadores Bobinas 2.4. Ley de Ohm Experiencias de Ohm Caída de tensión 2.5. Trabajo, energía eléctrica y potencia Trabajo eléctrico o energía Potencia eléctrica Potencia perdida Efecto Joule 2.6. Asociación de elementos pasivos Asociación de resistencias Asociación de condensadores Asociación de bobinas 2.7. Las leyes de Kirchhoff Ejemplo: corriente y tensión en circuito R-C serie

11 UNIDAD 3. Corriente alterna UNIDAD 4. Sistemas polifásicos 3.1. Electromagnetismo Experimento para su comprobación Sentido de la F.E.M. inducida Factores que influyen en la F.E.M Ley de Faraday Ley de Lenz 3.2. Corriente alterna Corriente alterna senoidal Corriente alterna cuadrada y rectangular Corriente alterna triangular Corriente alterna en diente de sierra Corriente alterna de impulso de aguja Corriente alterna asimétrica, periódica y aperiódica Magnitudes de la corriente alterna 3.3. Conceptos trigonométricos 3.4. Circuitos R-L-C Circuito R Circuito L Circuito C Circuito serie R-L Circuito serie R-C Circuito serie R-L-C Circuito paralelo R- L Circuito paralelo R - C Circuito paralelo L - C Circuito paralelo R - L - C 3.5. Triángulo de impedancias 3.6. Potencia aparente, activa y reactiva 3.7. Medida del factor de potencia Corrección del factor de potencia 4.1. Empleo de sistemas polifásicos 4.2. Generación de un sistema polifásico Generación de tensiones polifásicas Representación de sistemas polifásicos 4.3. Conexión de sistemas polifásicos Conexión estrella Conexión triángulo 4.4. Tensiones e intensidades en sistemas polifásicos Tensión de fase y de línea Intensidad de fase y de línea 4.5. Sistema trifásico Conexión estrella de un sistema trifásico Conexión triángulo de un sistema trifásico 4.6. Potencia en sistemas polifásicos 4.7. Receptores trifásicos equilibrados Receptores en conexión triángulo Receptores en conexión estrella Ángulo de fase 4.8. Circuito monofásico equivalente 4.9. Potencia en sistemas trifásicos Potencia instantánea Potencia activa Potencia reactiva Potencia aparente Factor de potencia

12 UNIDAD 5. Instalaciones eléctricas de baja tensión 5.1. Consideraciones generales 5.2. Distribución de energía eléctrica 5.3. Redes de distribución Redes aéreas Redes subterráneas Redes mixtas 5.4. Acometida 5.5. Instalación de enlace 5.6. Cajas generales de protección 5.7. Línea general de alimentación 5.8. Derivaciones individuales Contadores Dispositivos generales e individuales de mando y protección. Interruptor de control de potencia 5.9. Sistemas de conexión en redes de distribución de una instalación eléctrica. Toma de tierra Sistemas de conexión en redes de distribución de una instalación eléctrica Instalaciones de puesta a tierra Interruptor automático Interruptor diferencial (ID) Previsión de potencias Edificios destinados a viviendas Edificios destinados a locales comerciales y oficinas Edificios destinados a una o varias industrias Instalaciones interiores Instalaciones interiores en viviendas Sistemas de instalación Cálculo de las instalaciones UNIDAD 6. Luminotecnia 6.1. Generalidades Naturaleza de la luz Introducción a la luminotecnia Magnitudes luminosas 6.2. Fuentes luminosas Lámparas de incandescencia Lámparas de descarga Lámparas LED 6.3. Instalaciones de alumbrado Luminarias Alumbrado de interiores Cálculo del alumbrado interior Ejemplo: esquema interno, Interruptor diferencial

13 Información adicional Una vez superado con éxito el Curso Superior en Movilidad Eléctrica y con Hidrógeno, recibirás el título universitario expedido directamente por la Universidad Católica de Ávila, con 18 créditos europeos ECTS. Salidas profesionales: Se tendrá la formación teórica para el mantenimiento de vehículos híbridos/eléctricos en taller. Técnico responsable de la Gestión de flotas de VEH. Técnico encargado de la Gestión de puntos de recarga. Colaborador o trabajador de Centros de investigación, energías renovables e hidrógeno. Empresas tecnológicas del sector que este introduciéndose o profundizando en las pilas de combustibles y vehículos eléctricos Completando este curso, podrás convalidarlo como asignaturas de nuestro programa: MASTER EN ENERGÍAS RENOVABLES MASTER EN GESTIÓN Y DESARROLLO DE ENERGÍAS RENOVABLES Duración del curso: 450 horas Créditos ECTS: 18