PROTOCOLO. Ingeniería en Sistemas Energéticos

PROGRAMA DE ESTUDIOS: SISTEMAS ENERGÉTICOS ALTERNATIVOS PROTOCOLO Fechas Mes/año Clave 1-CT-SE-08 Semestre 6to. Elaboración 02 2007 Nivel Licenciatura X Maestría 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: Ingeniería en Sistemas Energéticos Propósito(s) general(es): Que el estudiante entienda el desarrollo histórico y tecnológico que han sufrido los sistemas energéticos alternativos, para que determine la viabilidad de uso en la Cd. de México y en el País, por medio de la comparación de las tecnologías actuales y las que se desarrollan a nivel mundial para el aprovechamiento de este tipo de sistemas energéticos. Carácter Modalidad Horas de estudio semestral (16 semanas) Indispensable X Seminario Taller Con Docente Teóricas 52 Autónomas Teóricas 52 Curso X Curso-taller Prácticas 20 Prácticas 20 Optativa * Laboratorio Clínica Carga horaria semanal: 4.5 Carga horaria semestral: 72 Asignaturas Previas Introducción a la ingeniería en sistemas energéticos y Mecánica de fluidos Asignaturas Posteriores: Centrales geotérmicas Sistemas eólicos Sistemas termosolares Sistemas solares fotovoltaicos Requerimientos para cursar la asignatura Perfil deseable del profesor: Conocimientos generales de: Física, Química, Matemáticas, las Leyes Termodinámicas y Balance de materia y energía. Habilidades: Plantear y resolver ecuaciones algebraicas de primero y segundo grado, resolver ecuaciones químicas, determinar y balancear ecuaciones químicas y simples de termodinámica. Que tenga una Licenciatura o Posgrado en alguna área relacionada con la Ingeniería de Energía, Química o Física, tales como: Químico, Físico o Ingeniero de preferencia con experiencia docente. Academia responsable del programa: Programa de Energía Diseñador (es): Dr. Gerardo Canizal Jiménez, M. en I. Carlos Chávez Baeza, Dr. Álvaro Eduardo Lentz Herrera, M. en I. Fernando Gabriel Arroyo Cabañas *Aquellas en las que se ofrece la posibilidad de cursar una de las asignaturas, para cubrir un requisito INDISPENSABLE será considerada INDISPENSABLE. Ingeniería en Sistemas Energéticos, Programa de Sistemas energéticos alternativos. 1

PROGRAMA DE ESTUDIOS SISTEMAS ENERGÉTICOS ALTERNATIVOS INTRODUCCIÓN La energía es uno de los factores principales para el desarrollo humano y además es vital para proporcionar muchos de los servicios esenciales que mejoran la condición humana. Sin embargo, buena parte de las relaciones internacionales esta regida por el dominio y control de las fuentes energéticas y de los procesos de explotación de las mismas. Y dada su enorme utilización e irracional aprovechamiento de estas fuentes, se esta produciendo un fuerte impacto en el ambiente. Ya que el uso de la energía produce repetidamente un desajuste del equilibrio ambiental, provocando una reacción en la naturaleza que puede resultar en consecuencias adversas para el hombre. Pues por el progresivo aumento del consumo de energía, también hay un aumento progresivo en el desajuste climático y por tanto la generación de alimentos disminuye. Como sabemos hoy en día las fuentes energéticas tradicionales son agotables e inciden marcadamente en el deterioro del medioambiente, por ello, todos miramos con esperanza a la utilización de fuentes que, además de no agotarse, no contaminen, ni degraden el medio. Estas fuentes de energía son objeto de estudio desde hace pocas décadas, pues ha partir de las crisis de los combustibles fósiles (petróleo principalmente) se comenzó a considerar el desarrollo y la utilización de fuentes de energías alternativas. El desarrollo en el aprovechamiento de fuentes de energía alterna, durante estas dos décadas, ha evolucionado desde una mera expresión de deseo a convertirse en una realidad de la que todos formamos parte, dado que promueven una mejora en nuestra calidad de vida y en la de las generaciones futuras. El bienestar y la fraternidad entre las generaciones presentes y futuras sólo se lograrán impulsando el desarrollo sostenible en todos los ámbitos. No obstante, los combustibles fósiles siguen siendo fundamentales para la economía de las naciones industrializadas modernas. En efecto, la producción y el consumo de estos combustibles continúa creciendo; siendo el calentamiento global una de las peores amenazas que debemos enfrentar debido al uso de los combustibles fósiles: gas, petróleo y carbón. Tristemente, las inversiones en sistemas energéticos alternativos son irrisorias en comparación con las inversiones anuales realizadas en el desarrollo y búsqueda de nuevas reservas de combustibles fósiles, algo absolutamente incompatible con la protección del ambiente global. Los sistemas energéticos alternativos constituyen una de las mejores opciones como respuesta al estancamiento y la pasividad, siendo una poderosa fuente de energía global, accesible y viable, capaz de sustituir a los combustibles fósiles y otras fuentes contaminantes. Las energías alternas son una herramienta poderosa para el desarrollo sustentable. Su evolución debe ser adoptada como una prioridad energética a nivel nacional. Ingeniería en Sistemas Energéticos, Programa de Sistemas energéticos alternativos. 2

Por tanto este tipo de energía es objeto de estudio de esta asignatura, a la que se tratará de asociar al progreso y a la calidad de vida. Por otra parte, el progreso científico y tecnológico que sufre nuestra sociedad actual, nos hace pensar que, el ser humano podrá conjugar el progreso, con calidad de vida y con mayor respeto a la Naturaleza. Pero también donde no sólo priorice el costo de instalación ni el precio por la energía, sino la oportunidad de tener la energía para un determinado fin. PROPÓSITOS GENERALES Que el estudiante entienda el desarrollo histórico y tecnológico que han sufrido los sistemas energéticos alternativos, para que determine la viabilidad de uso en la Cd. de México y en el País, por medio de la comparación de las tecnologías actuales y las que se desarrollan a nivel mundial para el aprovechamiento de este tipo de sistemas energéticos. PLANEACIÓN ESPECÍFICA UNIDAD 1. INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS ENERGÉTICOS Que el estudiante conozca los sistemas energéticos existentes y determine su uso mediante la comparación entre los Sistemas Convencionales y los Alternativos, para promover el desarrollo de la Cd. de México y sus habitantes. 1.1. Sistemas energéticos convencionales. 1.2. Sistemas energéticos alternativos. UNIDAD 2. SISTEMAS EÓLICOS Que el estudiante comprenda en que consisten los sistemas eólicos de generación de energía, los principios en que esta basado y el tipo de generadores que se usan, mediante la descripción general del sistema, así como de la tecnología que se ha desarrollado, para que trate de proponer su uso a escalas mayores y así sustituir el uso de combustibles fósiles. 2.1. Origen e Historia. 2.2. Ley de Betz. 2.3. Tipos de Turbina. 2.3.1. Por la orientación con respecto al viento. 2.3.2. Por el número de palas. 2.3.3. Por la orientación del equipo al viento. 2.3.4. Por el control de potencia. 2.4. Partes de una turbina. Ingeniería en Sistemas Energéticos, Programa de Sistemas energéticos alternativos. 3

2.5. Principio de funcionamiento de una turbina. 2.6. Sistemas terrestres y marinos eólicos. 2.7. Tendencias y aplicaciones Nacionales. UNIDAD 3. SISTEMAS GEOTÉRMICOS Que el estudiante conozca la tecnología de los sistemas geotérmicos para el aprovechamiento de esta fuente de energía mediante la descripción de estos desarrollos tecnológicos, para su posible aplicación en el territorio nacional. 3.1. Tipos de fuentes geotérmicas. 3.2. Tipos de campos geotérmicos según Temperatura del agua. 3.3. Usos. 3.4. Generación de electricidad. 3.5. Tipos de plantas eléctricas. 3.6. Desalinización. 3.7. Inyección de agua. 3.8. Extinción del calor. 3.9. Tendencias y costos. UNIDAD 4. SISTEMAS DE BIOENERGÍA Que el estudiante conozca la tecnología actualizada de los sistemas bioenergéticos, para que la aplique en diferentes entornos culturales del ámbito nacional. 4.1. La biomasa como un combustible. 4.2. Fuentes de Bioenergía. 4.2.1. Maderables. 4.2.2. Agrícolas y Ganaderos. 4.2.3. Desechos Municipales e Industriales. 4.3. Biocombustibles. 4.3.1. Sólidos. 4.3.2. Líquidos. 4.3.3. Gaseosos. 4.4. Biorefinerias. 4.5. Beneficios e impactos ambientales. 4.6. Tendencias industriales, sociales y económicas. Ingeniería en Sistemas Energéticos, Programa de Sistemas energéticos alternativos. 4

UNIDAD 5. SISTEMAS ENERGÉTICOS SOLARES Que el estudiante conozca la diversidad de las aplicaciones de la radiación solar y la tecnología asociada a esta, por medio de la descripción de los diferentes equipos usados para el aprovechamiento de este tipo de energía en el medio Urbano y Rural del País. 5.1. Naturaleza y disponibilidad de radiación solar. 5.2. Sistemas fototérmicos. 5.2.1. Colectores solares planos. 5.2.1.1. Tipos de colectores. 5.2.1.2. Usos y aplicaciones. 5.2.2. Concentradores solares. 5.2.2.1. Tipos de concentradores. 5.2.2.2. Aplicaciones y usos. 5.3. Sistemas Fotovoltaicos. 5.3.1. Principios fotovoltaicos. 5.3.2. Celda fotovoltaica. 5.3.3. Usos y aplicaciones. 5.4. Calentamiento solar activo y pasivo. 5.4.1. Colectores solares. 5.4.2. Calefacción y calentamiento de agua comercial e industrial. 5.4.3. Generación de energía eléctrica. 5.5. Tendencias nacionales y mundiales. UNIDAD 6. SISTEMAS HIDRÁULICOS Que el estudiante conozca la importancia de las fuentes hídricas como fuentes de energía, así como la disponibilidad de estas fuentes, ya que el conocimiento de la tecnología podría ser aplicado al desarrollo de sistemas de energía donde hubiera disponibilidad de este tipo de fuentes. 6.1. Fuentes hídricas. 6.2. Tipos de plantas hidroeléctricas. 6.3. Almacenamiento y disponibilidad de potencia. 6.4. Propelas y turbinas. 6.5. Rangos de aplicación. 6.6. Tendencias Nacionales. Ingeniería en Sistemas Energéticos, Programa de Sistemas energéticos alternativos. 5

UNIDAD 7. SISTEMAS MAREMOTRICES Que el estudiante conozca las propiedades de los mares y océanos que rodean a la Nación, ya que las mareas y el oleaje serán una de las fuentes principales para producir energía, mediante el desarrollo de tecnología que permita obtener este tipo de energía. 7.1. Naturaleza de la fuente. 7.2. Factores técnicos y ambientales. 7.3. Potencial de la energía de las mareas y de las olas. 7.4. Turbinas para la corriente maremotriz y del oleaje. 7.5. Tendencias Nacionales. METODOLOGÍA PARA EL CURSO Este programa se planeo para dictarse como un curso teórico-práctico. El aprendizaje de los temas se debe llevar a cabo en dos niveles aquel que se imparten con docente y un nivel que debe ser de aprendizaje autónomo. En los períodos de estudio con docente el estudiante asistirá a clases o al laboratorio. Las clases serán mediante la interacción estudiante-profesor y estudiante-estudiante en las que todos deberán participar activamente y el profesor tendrá la función de supervisor y facilitador. Esta función será favorecida por el uso de material que suministre el entendimiento y la comprensión de los temas, se podrán usar principalmente representaciones y modelos en computadora con paquetería didáctica, algunos experimentos seguros, además de otro tipo de ayudas didácticas. Puesto que la asignatura Sistemas Energéticos Alternativos es parte de la ciencia experimental. El laboratorio proporcionara a los estudiantes la oportunidad de conjugar la teoría vista en clases con los resultados experimentales obtenidos en las prácticas. La observación de los fenómenos que se presentan a través de prácticas ayudará al estudiante a comprender mejor los procesos con los cuales se enfrentara en su vida profesional, así también como a reforzar los conocimientos teóricos adquiridos en clases. EVALUACIÓN DIAGNÓSTICA Modalidad: Escrita. EVALUACIONES Criterios: Comprensión de conceptos y resolución de problemas expresados en los requerimientos para cursar la asignatura. Los criterios e indicadores a avaluar son: conceptos de Sistemas de Energía, Mecánica, Química General y aplicaciones de Termodinámica en Sistemas Energéticos. Ingeniería en Sistemas Energéticos, Programa de Sistemas energéticos alternativos. 6

EVALUACIÓN FORMATIVA Modalidad: Las evaluaciones podrán ser de forma escrita, oral, o ambas y se aplicara tres evaluaciones como mínimo durante el curso, debido a que así lo requiere el programa. La evaluación escrita se realizara en el momento en que el profesor considere adecuado considerando para esto el avance del programa y de las necesidades de integración de los contenidos del programa así como el avance del grupo con respecto a este. Criterios: Grado y comprensión de conocimientos, aplicación de conocimientos, análisis e integración de los diversos contenidos a través de la resolución de problemas. EVALUACIÓN PARA LA CERTIFICACIÓN Modalidad: Esta evaluación podrá ser escrita, oral, o ambas. Criterios: Conceptos de Sistemas energéticos alternativos, Tecnologías aplicadas al aprovechamiento de los recursos energéticos de sistemas no basados en combustibles fósiles y el estado de desarrollo tecnológico del país. Indicadores. Que el estudiante conozca los diferentes Sistemas de Energía Alternativos. Conocer y comprender el tipo de Tecnología que es aplicado a cada sistema en particular, los fenómenos que podrían aprovecharse para la obtención de energía. Y la compresión del factor social en el desarrollo y aprovechamiento de los sistemas de energía. BIBLIOGRAFÍA BÁSICA Boyle, G. Renewable Energy, 2 nd ed. Oxford University Press, 2004. Chambers, A. Renewable Energy in Nontechnical Language. Pennwell Books, 2003. Sorensen, B. Renewable Energy, 3 rd ed. Academic Press, 2004. Johansson, T. B., et. al., Renewable Energy: Sources for Fuels and Electricity. Island Press, 1992. Hazen, Mark E. and Hauben, M. Alternative Energy. Sams Technical Publishing, 1996. Tiwari, G. N. and Ghosal, M. K., Renewable Energy Resources: Basic Principles and Applications, Alpha Science International Ltd, 2005. Guillén, O. Energías Renovables. Trillas, 2004. Cheung, B. Renewable Energy Systems in 90 Minutes. Xlibris Corporation, 2006. Andrews, J. Energy Science: Principles, Technologies, and Impacts. Oxford University Press, 2007. Kruger, P. Alternative Energy Resources: The Quest for Sustainable Energy. John Wiley & Sons, 2006. Lucena Bonny, A., Energías alternativas y tradicionales: Sus problemas ambientales. Talasa, 1998. McFarland, E. L. Energy, Physics and the Environment, 3 rd ed. Brooks Cole, 2007. Pahl, Grez. The Citizen-Powered Energy Handbook. Chelsea Green Publishing, 2007. Pardo Abad, Carlos J. Las Fuentes de Energía. Síntesis, 2000. Ingeniería en Sistemas Energéticos, Programa de Sistemas energéticos alternativos. 7

Thomas B. Johansson. Renewable Energy: Sources for Fuels and Electricity. Island Press, 1993. Schaeffer, John. Alternative Energy Sourcebook. Ten Speed Pr, 1992. RECURSOS DIDÁCTICOS Equipo audiovisual, equipo de cómputo, paquetería didáctica para la simulación de plantas de aprovechamiento de sistemas energético. Laboratorio para la enseñanza de los factores que intervienen para aprovechar una fuente energética. Ingeniería en Sistemas Energéticos, Programa de Sistemas energéticos alternativos. 8