Universidad Autónoma del Estado de México Facultad de Ingeniería Licenciatura de Ingeniería en Sistemas Energéticos Sustentables Programa de Estudios Introducción a la Ingeniería de los Sistemas Energéticos Sustentables Elaboró: Dr. Bernd Weber Junio 2012 Fecha: Dr. Iván Galileo Martínez Cienfuegos Fecha de aprobación H. Consejo Académico H. Consejo de Gobierno
Índice Pág. I. Datos de identificación 3 II. Presentación 4 III. Ubicación de la unidad de aprendizaje en el mapa curricular 5 IV. Objetivos de la formación profesional 6 V. Objetivos de la unidad de aprendizaje 6 VI. Contenidos de la unidad de aprendizaje y su organización 7 VII. Acervo bibliográfico 10 2
I. Datos de identificación Espacio educativo donde se imparte Licenciatura Unidad de aprendizaje PROGRAMA DE ESTUDIOS Facultad de Ingeniería Sistemas Energéticos Sustentables Introducción a la Ingeniería de los Sistemas Energéticos Sustentables Clave L43914 Carga académica 2 2 4 6 Horas teóricas Horas prácticas Total de horas Créditos Período escolar en que se ubica 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Seriación Tipo de UA Curso Seminario Laboratorio UA Antecedente Otro tipo (especificar) Modalidad educativa Escolarizada. Sistema rígido Escolarizada. Sistema flexible No escolarizada. Sistema abierto UA Consecuente Curso taller X Taller X Práctica profesional No escolarizada. Sistema virtual X No escolarizada. Sistema a distancia Mixta (especificar). Formación académica común Ingeniería Civil 2004 Ingeniería en Computación 2004 Ingeniería en Electrónica 2004 Ingeniería Mecánica 2004 Formación académica equivalente Ingeniería Civil 2004 Ingeniería en Computación 2004 Ingeniería en Electrónica 2004 Ingeniería Mecánica 2004 Unidad de Aprendizaje 3
II. Presentación De acuerdo con el artículo 84 del Reglamento de Estudios Profesionales de la Universidad Autónoma del Estado de México, se establece que el Programa de Estudios es un documento de carácter oficial que estructura y detalla los objetivos de aprendizaje y los contenidos establecidos en el plan de estudios, y que son esenciales para el logro de los objetivos del programa educativo y el desarrollo de las competencias profesionales que señala el perfil de egreso. Este es un documento normativo respecto a los principios y objetivos de los estudios profesionales, así como en relación con el modelo curricular y el plan de estudios de la carrera. Será de observancia obligatoria para autoridades, alumnos, y personal académico y administrativo. Este curso pretende despertar el interés por los Sistemas Energéticos Sustentables e introducir al estudiante en los conceptos básicos que se manejan, haciendo énfasis en el conocimiento de la problemática energética nacional y mundial como punto de partida. Su función en el plan de estudios es servir como plataforma para comenzar a englobar todos los conocimientos que se van adquiriendo a lo largo de la carrera de ISES. El programa de Introducción a los Sistemas Energéticos Sustentables para ISES se basa en los objetivos planteados en el perfil de egreso y para ello es necesario que el alumno desarrolle ciertas competencias, por lo que esta Unidad de Aprendizaje (UA) ha sido dividida en 8 unidades, que abarcan desde la definición de sustentabilidad, revisión de las fuentes de energía renovables y su potencial sustentable, conocimiento del panorama mundial al respecto, el estudio de los biocombustibles, uso de la energía, fuentes renovables y no renovables para la producción energética, hasta la revisión de la energía nuclear como fuente de energía alterna. Conforme al modelo institucional, el cual se basa en la teoría constructivista, que involucra el aprendizaje significativo y el desarrollo de competencias, se debe centrar la actividad de aprendizaje del alumno en tareas diseñadas por el docente, quien debe realizar el diseño didáctico, tanto de actividades individuales como de equipo, dando preferencia a trabajar sobre problemas, estudios de caso y proyectos a fin de que los alumnos puedan movilizar conocimientos no sólo de la UA en cuestión sino también de otras. De tal forma que con esta UA el alumno sea capaz de generar nuevos conocimientos sobre energías renovables enfocado a propiciar un entorno sustentable, vinculándolas con las demandas de energías en el ámbito local y nacional. La UA pertenece al segundo periodo de mapa curricular y no tiene antecedentes previos. Se recomienda que el profesor inicie el curso con una presentación general o con preguntas detonantes que indiquen al alumno de cómo será la dinámica a lo largo del mismo. Como puntos importantes de inicio se consideran los siguientes: - Presentación del profesor, quién es, cuál es su especialidad y qué actividades realiza. - Presentación de cada uno de los alumnos: como actividad que favorece la convivencia. - Plática introductoria relacionada con el curso en general y algunas preguntas directas a los alumnos. - Temario del curso: El profesor deberá entregar al alumno una copia del temario o exponerlo con proyector o escribirlo en el pizarrón. - Forma de evaluación: El profesor deberá describir de forma clara las componentes para 4
evaluación, cuyo detalle se encuentra en la Guía de Evaluación de esta UA. Es muy importante tomar en cuenta que, en la medida de lo posible, toda la información proporcionada a los alumnos sea contextualizada y relacionada con la vida real, de tal forma que ayude al entendimiento de los conceptos y análisis de los mismos. III. Ubicación de la unidad de aprendizaje en el mapa curricular Núcleo de formación: Sustantivo Área Curricular: Sustentabilidad Carácter de la UA: Obligatoria Al final del documento se anexa el mapa curricular de la Licenciatura de Ingeniería en Sistemas Energéticos Sustentables, para ubicar de manera visual esta unidad de aprendizaje. 5
IV. Objetivos de la formación profesional. Objetivos del programa educativo: Proyectar, diseñar, analizar, instalar, programar, controlar, operar y mantener sistemas relacionados con el aprovechamiento sustentable de la energía; dando prioridad a la no dependencia de los combustibles fósiles, al uso responsable y eficiente de las mejores tecnologías disponibles, y a la conveniencia de la utilización de las fuentes renovables de energía. Aplicar técnicas y tecnologías, con responsabilidad y Ética para el desarrollo sustentable, para el aprovechamiento de la energía y la preservación del medio ambiente. Apoyar en el diseño de edificaciones sustentables y con bajo consumo energético. Desarrollar aplicaciones que empleen la biomasa obtenida de residuos agrícolas y agroindustriales para generar energía directa. Elaborar programas de ahorro y uso eficiente de la energía en el sector energético, social, e industrial. Investigar sobre la problemática energética y plantear soluciones que contribuyan al desarrollo sustentable. Proyectar, diseñar, analizar, instalar, programar, controlar, operar y mantener sistemas y aplicaciones tecnológicas fotovoltaicas y foto térmicas, eólicas, y geotérmicas. Objetivos del núcleo de formación: Desarrollar en el alumno/a el dominio teórico, metodológico y axiológico del campo de conocimiento donde se inserta la profesión. Objetivos del área curricular o disciplinaria: Analizar críticamente a los conceptos de Desarrollo, Sostenibilidad y Sustentabilidad. Definir índices para evaluar la sustentabilidad de los sistemas energéticos con la finalidad de contribuir a generar una cultura hacia la responsabilidad social orientada a un desarrollo que permita resolver los problemas que aquejan a la humanidad preservando -e incluso mejorando- el ambiente natural en que vivimos. V. Objetivos de la unidad de aprendizaje. Discutir la situación actual de los sistemas energéticos mundial y mexicano y los problemas que éstos enfrentan, tanto de escasez de hidrocarburos como de deterioro ambiental y social, así como el desarrollo histórico del consumo energético que ha conducido a la situación presente. Presentar los principales procesos relacionados con las fuentes de energía con el fin de que el discente conozca todas las opciones energéticas y tenga un marco de comparación con el cual se distingan las ventajas y desventajas en su aprovechamiento, tratando de alcanzar un sistema energético sustentable. 6
VI. Contenidos de la unidad de aprendizaje y su organización. Unidad 1. La sustentabilidad y el desarrollo humano. Objetivo: Reconocer indicadores para medir la sustentabilidad mediante la utilización de la metodología de la energía acumulable sobre el ciclo de vida de un producto para la evaluación de la sustentabilidad mediante del estudio de casos. Concepto de sustentabilidad y desarrollo sustentable. Definición de un espacio de trabajo. Interpretación de sustentabilidad y desarrollo humano de forma internacional. Indicadores internacionales para medir la sustentabilidad. Unidad 2. Las fuentes de energía y sus potenciales sustentables. Objetivo: Estimar la factibilidad de la implementación de sistemas para el aprovechamiento de fuentes renovables de energía a través del estudio de situaciones reales para llegar a un suministro de energía más sustentable. Las fuentes renovables de energía: energía solar, energía eólica, energía de las olas, hidrogenaría, bioenergía, energía geotérmica, otras fuentes renovables. Potenciales brutos y sustentables de las fuentes renovables de energía. Limitaciones para la implementación de energías renovables. Unidad 3. Desarrollo histórico del consumo mundial de energía y prospectivas al año 2050. Objetivo: Identificar el uso que se ha dado y se está dando a los energéticos a nivel nacional y mundial e identificar escenarios futuros dando mayor y menor prioridad a energías renovables mediante la recopilación de información tecnológica. Términos de energía primaria, secundaria, terciaria y de aprovechamiento. Evolución histórica del consumo mundial de energía. Consumo de energía en México. El balance Nacional de Energía. Reservas probadas y probables de combustibles fósiles y nucleares. Agotamiento de un recurso no renovable que se explota racional o irracionalmente. 7
Modelos simples de consumo y variación de las reservas. Evolución de las reservas de hidrocarburos según el pico de Hubbert y sus implicaciones geopolíticas y económicas. Prospectivas energéticas internacionales y nacionales. Prospectivas energéticas internacionales y nacionales. Escenarios alternativos sustentables para México y el mundo bajo el concepto económico y ecológico. Unidad 4. El origen y el procesamiento de los combustibles fósiles. Objetivo: Describir el suministro de energía basado en recopilación de información tecnológica. recursos fósiles mediante la El origen de los energéticos fósiles (petróleo y carbón). Rocas generadoras, transportadoras y almacenadoras. Tipos de yacimientos. Prospección geológica y geofísica de hidrocarburos. Perforación y terminación de pozos. Producción de petróleo y gas natural. Sistemas artificiales de producción. Separación de hidrocarburos en superficie. Extracción de carbón. Impacto del petróleo en las decisiones políticas a nivel mundial y nacional. Unidad 5. Producción y procesamiento de los bioenergéticos. Objetivo: Describir los diferentes bioenergéticos y sus limitaciones en comparación con los combustibles fósiles. La producción de biomasa vía la fotosíntesis relacionada con el ciclo de carbón Aprovechamiento de residuos. Obtención de combustibles sólidos, líquidos y gaseosos vía diversos procesos físicos, químicos y biológicos. Problemática de producción de alimentos y bioenergéticos. 8
Unidad 6. Refinación clásica, biorefinería, procesamiento de gas y coquización. Objetivo: Describir los diversos procesos de conversión de energía primaria y bioenergéticos. Refinación clásica: destilación primaria y secundaria, desintegración térmica y catalítica, desulfuración y otras operaciones importantes de la refinación. Biorefinería: Desintegración de la biomasa, producción del biocombustible y procesamiento de productos secundarios. Procesamiento de gas natural: endulzamiento, procesos criogénicos, fraccionamiento, transporte de gas natural por ductos. Procesos de carbonización y coquización. Unidad 7. Energía nuclear. Objetivo: Describir la generación de energía eléctrica con el aprovechamiento de la energía nuclear tanto como el manejo de sus residuos. 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 radioactivos. Unidad 8. Suministro de energía eléctrica con fuentes renovables y no renovables. Objetivo: Describir los diversos procesos de generación de energía eléctrica y clasificar según eficiencia, disponibilidad, impacto ambiental y costo de producción. Impacto ambiental de la operación de plantas que queman combustibles fósiles. 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. Impacto ambiental de la operación de plantas que queman combustibles fósiles. Eficiencia de los diversos procesos de conversión, transportación y almacenamiento de energía. Redes inteligentes de suministro de energía. 9
VII. Acervo bibliográfico Básico CEC, Secretariat (2005), Emisiones atmosféricas de las centrales eléctricas en América del Norte. CCA Publicaciones. cec.org Consejo Europeo para las Energías Renovables (EREC) y Greenpeace (2009), Trabajando por el clima. Energías Renovables y la Revolución de los Empleos Verdes. Jaccard M. K.; (2005), Sustainable Fossil Fuels. The unusual suspect in the quest for clean and enduring energy. UK. Cambridge University Press. ISBN: 0521861799, ISBN-13: 9780521861793. Tester, J. W., Drake, E. M. et. al.; (2005). Sustainable Energy: Choosing among options. Cambridge, Mass., MIT Press. ISBN: 0262201534, ISBN-13: 9780262201537. Wengenmayr, R. y Bührke, T. (2008), Renewable Energy. Sustainable energy concepts for the future. Wiley-VCH. ISBN: 3527408045, ISBN-13: 9783527408047 Complementario Culp A.W. ;(1984). Principles of energy conversion. 2 nd Edition. Mc Graw Hill. ISBN: 0-07-014892-9, ISBN-13: 9780070148925. Etienne, G. y Menchaca, H.; (1975). El petróleo y la petroquímica, ANUIES. México, Editorial Edicol. Lanuza, J. A. (1986), Petróleo: El recurso más allá de la capacidad de negociación. México, Editorial Offset. ISBN: 968-6672-41-9. Meyerhoff A.; (1983). Yacimientos gigantescos de petróleo. México, Conacyt. Polo Encinas, M.; (1979), Energéticos y desarrollo tecnológico. México, Editorial Limusa. ISBN: 968-18-0968-8, ISBN-13: 9789681809683. 10
Vijay, S., Molina M. y Molina L. (2004). Cálculo de emisiones de contaminación atmosférica por uso de combustibles fósiles en el sector eléctrico mexicano, CEC, Montreal. Yergin Daniel (1992), La Historia del Petróleo. Buenos Aires, Argentina. Editorial Vergara Editor S.A. ISBN: 9501511197. Mesografía EIA, World Energy Outlook 2008. www.eia.gov REN 21, 2009 Update. http://www.ren21.net/ UNDP, World Energy Assessment 2008. www.undp.org Wind Energy International 2009/2010, World Wind Energy Association, Bonn, Germany, 2009. www.wwindea.org 11
MAPA CURRICULAR DE LA LICENCIATURA EN INGENIERÍA EN SISTEMAS ENERGÉTICOS SUSTENTABLES PERIODO 1 PERIODO 2 PERIODO 3 PERIODO 4 PERIODO 5 PERIODO 6 PERIODO 7 PERIODO 8 PERIODO 9 PERIODO 10 Álgebra superior 4 3 3 0 4 3 3 2 2 2 0 0 Probabilidad y 0 3 Mecánica de 1 Métodos 2 Geometría solar y 1 Sistemas 2 Seminario de 2 Seminario de 2 Álgebra lineal Dibujo técnico 4 3 estadística 3 3 materiales 5 experimentales 5 solarimetría 4 fotovoltaicos 4 titulación I 4 titulación II 4 8 6 6 3 9 8 7 6 6 6 Cálculo I 4 4 5 4 4 4 3 3 2 Sistemas para el 2 2 Ecuaciones 0 Mecánica del medio 0 Mecánica de 1 Tranferencia de 1 1 Calentamiento solar 1 Optativa 3, Línea 2 Cálculo II almacenamiento de 6 6 diferenciales 5 continuo 4 fluidos 5 calor 5 4 de fluidos 4 de Acentuación 4 energía 10 10 10 8 9 9 7 7 6 -- Geometría analítica 4 3 3 4 3 2 3 3 4 Hibridación de 0 Química 1 0 0 1 1 Dinámica de 0 Sistemas 0 0 Variable compleja Termodinámica Ingeniería térmica Termoquímica sistemas 4 General 4 3 4 4 3 sistemas 3 geotérmicos 3 4 energéticos 8 7 6 8 7 5 6 6 8 Programación básica Temas selectos de epistemología de la ciencia 3 2 3 3 3 3 3 3 2 1 Biología 1 1 1 Electricidad y 1 Circuitos eléctricos 1 Máquinas eléctricas 1 Máquinas eléctricas 1 Instalaciones 1 Física general Física moderna 4 general** 3 4 4 magnetismo 4 y electrónicos 4 I 4 II 4 eléctricas 3 7 5 7 7 7 7 7 7 5 3 2 2 1 4 3 4 4 2 Introducción a la Métodos 0 2 2 3 1 Ingeniería 0 0 Fundamentos de Ingeniería de los computacionales Ciencia de 0 Optativa 4, Línea 2 3 sistemas energéticos 4 Inglés C2 4 4 5 económica 3 Economía ecológica 4 aplicación de la aplicados a la materiales 4 de Acentuación 4 sustentables energía eólica 6 6 6 ingeniería 5 9 6 8 8 6 Práctica profesional* -- -- 2 5 2 2 4 3 3 2 Ética para el 2 0 2 2 Tecnología 0 Diseño de equipo 1 0 Optativa 5, Línea 2 Inglés C1 Mecánica clásica Inglés D1 Inglés D2 desarrollo 4 5 4 4 ecológica 4 térmico 4 3 de Acentuación 4 sustentable 6 10 6 6 8 7 6 6 Crítica del desarrollo sustentable 4 3 2 2 0 0 Optativa 1, Línea de 2 Optativa 2, Línea de 2 Optativa 1 4 3 Acentuación 4 Acentuación 4 8 6 6 6 30 HT 18 HT 16 HT 21 HT 18 HT 20 HT 22 HT 21 HT 20 HT 14 HT -- HP 3 HP 8 HP 3 HP 9 HP 7 HP 5 HP 6 HP 6 HP 9 HP -- TH 21 TH 24 TH 24 TH 27 TH 27 TH 27 TH 27 TH 26 TH 23 TH -- CR 39 CR 40 CR 45 CR 45 CR 47 CR 49 CR 48 CR 46 CR 37 CR 36 SIMBOLOGÍA Unidad de aprendizaje Horas teóricas Horas prácticas Total de horas Créditos Núcleo Básico obligatorio: cursar y acreditar 15 UA 68 Obligatorio, Núcleo Básico Núcleo Sustantivo 24 obligatorio: cursar y Obligatorio, Núcleo Sustantivo acreditar 23 UA 92 Obligatorio, Núcleo Integral 160 Optativo, Núcleo Integral 39.- Núcleo Integral obligatorio: 31 Lineas de seriación 15 Núcleo Integral optativo: cursar y acreditar 14 UA +.- * Actividad académica 1* 54 cursar y acreditar 6 UA.- ** UA Seriada con Microbiología 123 36 53 7 60 113 PARÁMETROS DEL PLAN DE ESTUDIOS Total del Núcleo Básico: acreditar 15 UA para cubrir 113 créditos Total del Núcleo Sustantivo: acreditar 23 UA para cubrir 160 créditos Total del Núcleo Integral: acreditar 20 UA + 1* para cubrir 159 créditos TOTAL DEL PLAN DE ESTUDIOS UA Obligatorias 52 + 1 ACTIVIDAD ACADÉMICA UA Optativas 6 UA a Acreditar 58 + 1 ACTIVIDAD ACADÉMICA Créditos 432 12