UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI Diseño de Asignaturas 2007-2011 SISTEMA DE CRÉDITOS ACADÉMICOS Documento de Trabajo 1 de
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PROGRAMA ACADÉMICO Facultad de Ingeniería
0. FACULTAD O PROGRAMA: Ingeniería Nivel de Tecnológico: Profesional: x Especialización: Formación: 1. CARACTERIZACIÓN DEL CURSO: Nombre de la Asignatura: Introducción a las Energías Alternativas Semestre: Nombre del Docente: JAVIER SALVADOR ROJAS MONTES Código : Número de Créditos: 3 Obligatoria:
Maestría:
Electiva: SI
Componente de Formación: Profesional Específica
Área de Conocimiento: Tecnología y Producción
Habilitable: SI
NO X
Homologable: No
Número de Semanas:
Intensidad Horaria Presencial Intensidad Horaria Teórica Teórica 2 de Trabajo Independiente: 1
16
Intensidad Horaria Prácticas Presénciales semanal:
Nota Mínima Habilitable: 3.0
Total de Horas a la Semana: 4
Intensidad Horaria de Trabajo Total de Horas a la Independiente Práctico Semana: semanal:
Total de Horas Teóricas semestre: 48 Total de Horas de trabajo Independiente semestre: 16
Total de Horas por el Período Académico: Programa(s) en el(los) que se imparte el curso: Ingeniería de Sistemas Ingeniería Industrial Bioingeniería Electrónica 2. PRESENTACION DEL CURSO
La energía es la fuerza impulsora de nuestra sociedad. Problemas apremiantes tales como el cambio climático, la dependencia cada vez mayor del petróleo y de otros combustibles fósiles, así como el aumento de los costes energéticos, hacen que nos replanteemos la manera en que producimos y consumimos dicha energía. A este respecto, las fuentes energéticas renovables representan una parte importante de la solución para un futuro energético sostenible. La generación, el transporte y el consumo de las energías convencionales tienen, como toda actividad antrópica, un impacto sobre el medio, y puede argumentarse que están en el origen de algunos de los mayores problemas ambientales que sufre el planeta como el cambio climático y la lluvia ácida. Sin llegar a decir que esos efectos no existen en las renovables, sí es cierto, en cambio, que son infinitamente menores y siempre reversibles. Las energías renovables son inagotables. Utilizar la radiación solar para producir calor o electricidad no disminuye en ningún caso la cantidad de energía que el Sol envía a la Tierra. Otro tanto sucede con el viento. Por más aerogeneradores que extrajeran su fuerza y la convirtieran en electricidad nunca trastocarían el equilibrio térmico del planeta. El curso pretende formar y motivar a los estudiantes de la Facultad de Ingeniería, sobre los aspectos básicos relacionados con la energía, sus transformaciones y su aprovechamiento, en relación permanente con el medio ambiente, y sobre los recursos energéticos (renovables) y su aprovechamiento en formas alternativas, como contribución positiva al medio ambiente (desarrollo sostenible).
En ese sentido, el presente curso es una contribución a la formación técnica y humanística del ingeniero.
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3. PROPOSITOS DE FORMACION DEL CURSO
El curso es coherente con la misión y visión del programa de Ingeniería de la Universidad Santiago de Cali, preparando líderes industriales y empresariales con formación integral y flexible dotados de los conocimientos científicos, tecnológicos, humanísticos de vanguardia vinculados al quehacer empresarial, competentes para actuar como verdaderos agentes de cambio y éticamente dispuestos para afrontar la búsqueda del bien común, respetando los derechos humanos, la preservación del medio ambiente y su biodiversidad. Esto se materializa con los siguientes propósitos de formación del curso: • • • •
Ofrecer un plan de estudios que busque dar al Estudiante una formación Integral con una sólida preparación técnica Formar profesionales con valores humanistas con capacidad de desempeño profesional en equipos ínter, multi y transdisciplinarios de investigación. Formar profesionales comprometidos con el desarrollo del entorno en el cual interactúe. Formar en los profesionales las competencias necesarias para el buen desempeño de su ejercicio profesional.
4. OBJETIVOS DEL CURSO Se presentan los objetivos generales y específicos del curso. 4.1. OBJETIVO GENERAL •
Entregar al estudiante las competencias de transformación en al ámbito de las fuentes de energías renovables primarias, tales como la energía solar, hidráulica, eólica, geotermia y biomasa; para fomentar el desarrollo científico, tecnológico, socio económico y cultural del país. Con valores humanistas y éticos y visión clara del Desarrollo Sustentable.
• 4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: • Conocer el papel de la producción energética convencional (combustibles fósiles) en los problemas ambientales modernos. • Mostrar alternativas de mitigación del problema a través de las energías alternativas ( renovables) • Conocer aspectos de la teoría del desarrollo sostenible • Conocer los diferentes tipos de alternativas energéticas (solar, eólica, hidráulica, mareas, biomasa) y sus posibles usos y aplicaciones industriales.
5. JUSTIFICACIÓN DEL CURSO
Para el ingeniero de hoy, y en coherencia con nuestra misión institucional, sobre la responsabilidad social empresarial y nuestro compromiso ambiental, es fundamental conocer los conceptos mínimos sobre las diferentes alternativas energéticas renovables existentes y su posibilidad de uso según los últimos avances tecnológicas. Al mismo tiempo estar al tanto de sus aspectos económicos y su implicancia en el desarrollo sostenible de una región.
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6. ARTICULACION DEL CURSO CON: Los propósitos del área, demás cursos del semestre y aportes al campo de formación, de acuerdo con el diseño curricular del programa y la facultad. (Ejes transversales, principios, núcleos problemáticos, etc.) Los estudiantes de ingeniería podrán encontrar aplicaciones de lo aprendido en ecuaciones diferenciales, física I y II, termodinámica y física de sólidos, en las transformaciones energéticas. También se discutirán posibles aplicaciones en las ingenierías, como un trabajo de investigación en el aula.
7. COMPETENCIAS, CAPACIDADES Y ACTITUDES A DESARROLLAR EN EL CURSO:
COMPETENCIAS Se apropia de los conocimientos básicos sobre las transformaciones energéticas, sus aplicaciones, bondades y riesgos, con la debida fundamentación de los efectos sobre el medio ambiente; Conoce y analiza las diferentes aplicaciones de las fuentes energéticas en todas sus alternativas de interés, incluyendo fuentes renovables y no renovables, en consideración al uso racional de la energía y su contribución al desarrollo sostenible; Establecer las condiciones apropiadas y favorecer el trabajo en equipo dentro de un contexto interdisciplinario. Planifica, organiza y ejecuta investigaciones de pequeña complejidad, en colaboración con otros compañeros y bajo la orientación y supervisión del docente. Utiliza métodos y técnicas de investigación en los diferentes campos de su quehacer profesional, como procedimientos de apropiación del conocimiento y solución de problemas, así como para la elaboración de anteproyectos y otros trabajos de investigación que requiera llevar a cabo. ACTITUDES Los contenidos actitudinales por la naturaleza de la asignatura, serán desarrollados de manera transversal en todas las unidades de aprendizaje. 1. Actúa con responsabilidad personal, al cumplir las tareas encomendadas, así como con la asistencia y puntualidad a clases. 2. Trabaja activamente en grupos de trabajo (trabajo en equipo), asiste regularmente a las sesiones y realiza aportes intelectuales significativos. 3. Actúa con honestidad personal, en la medida que reconoce, estimula y evalúa la participación y el aporte de cada uno de los miembros del equipo de investigación. 4. Actúa con honestidad intelectual, al respetar la autoría e ideas de las fuentes de información consultadas. 5. Desarrolla la creatividad y responsabilidad social, mediante la selección y planteamiento de problemas y alternativas de soluciones novedosas y relevantes. 8. PRERREQUISITOS DEL CURSO.
Matemáticas, Física y Química
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9. CONTENIDOS.
El presente curso, distribuirá su contenido en cinco grandes Unidades Temáticas a lo largo de las 16 semanas de trabajo. 9.1. Unidad Temática 1: Introducción a la problemática energética mundial 9.2. Unidad Temática 2: Conceptos físicos fundamentales 9.3. Unidad Temática 3: Energías renovables y no renovables: su aprovechamiento y efectos medioambientales. 9.4. Unidad Temática 4: Otras energías renovable hidráulica y biomasa. aplicaciones y efectos medioambientales 9.4. Unidad Temática 5: Energía para el desarrollo sostenible en Colombia 9.1. DESARROLLO DE UNIDADES TEMÁTICAS INTRODUCCION A LA PROBLEMÁTICA ENERGETICA MUNDIAL 1. Teoría del Desarrollo Sustentable 1.1. Cambio global 1.2. Concepto de sustentabilidad 1.3. Dimensiones de la sustentabilidad 1.4 Estrategias para la implementación del Desarrollo Sustentable CONCEPTOS FISICOS FUNDAMENTALES 2. Termodinámica Básica 2.1. Introducción 2.2. Primera ley de termodinámica 2.3. Segunda ley de termodinámica 2.4. El proceso reversible 2.5 Entropía 2.6. Interpretación del Calentamiento Global de la Tierra 2.7. Huella ecológica individual ENERGÍAS RENOVABLES Y NO RENOVABLES: SU APROVECHAMIENTO Y EFECTOS MEDIOAMBIENTALES. 3. Energía Solar 3.1. Breve discusión sobre la radiación solar 3.2. Geometría solar 3.3. Reflectividad 3.4. Absortividad 3.5. Emisividad 3.6. Transmisividad 3.7. Radiación efectiva que llega a la superficie absorbente 3.8. Balance de energía en el colector plano solar 3.9. Colector plano solar para generar agua caliente 3.10. Colector plano solar para generar aire caliente 3.11. Colector plano solar para destilar agua pura OTRAS ENERGÍAS RENOVABLE HIDRÁULICA Y BIOMASA. APLICACIONES Y EFECTOS MEDIOAMBIENTALES 4. Energía Hidráulica 4.1. Medición del flujo de agua 4.2. Medición de la caída de agua 4.3. Potencia de las ruedas hidráulica 4.4. Turbinas Pelton y Francis 4.5. Turbinas Kaplan y de flujo cruzado 4.6. Potencia del salto de agua 4.7. Instalación típica
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5. Energía Eólica 5.1. Medición del flujo del aire 5.2. Clases de turbinas eólicas 5.3. Potencia de las turbinas eólicas 5.4. Instalación típica 6. Energía geotérmica 6.1. Energía geotérmica de baja temperatura 6.2. Energía geotérmica de alta temperatura 6.3. Instalación típica de una estación geotérmica 7. Energía marina 7.1. Velocidad económica de operación 7.2. Distancia óptima de instalación de una turbina marina 8. Vehículos híbridos 8.1. Coches de pasajeros 8.2. Camiones de reparto urbano 8.3. Buses urbanos 9. Biodigestor 9.1. Tipos de biodigestores 9.2. Construcción típica del biodigestor Hindú 9.3. Construcción típica del biodigestor horizontal 9.4. Parámetros generales de diseño de un biodigestor 9.5. Instalación típica 10. ENERGÍA PARA EL DESARROLLO SOSTENIBLE EN COLOMBIA 10.1 Aspectos sociales, económicos y legales en la utilización de la energía 10.2. Situación energética de Colombia y su desarrollo 10.3 Legislación medioambiental de la energía 10.4. Energías convencionales y alternativas en Colombia 10.5 Conclusiones 10. BIBLIOGRAFÍA
AMOROCHO C. ENRIQUE Y OLIVEROS V. GERMÁN, Apuntes Sobre Energía y Recursos Energéticos, Universidad Autónoma de Bucaramanga – UNAB, Bucaramanga, 2000. ANGLADA, MANUEL LUDEVID, El Cambio Global en el Medio Ambiente – Introducción a sus Causas Humanas, Alfaomega Grupo Editor, México, 1998. DELEAGE, J.P. SOUCHON, C. La Energía: Tema Interdisciplinar para la Educación Ambiental, Ministerio de Obras Públicas y Transportes de España, Madrid, 1991. DUFFIE AND BECKMAN, “Solar Energy Thermal Processes”, John Wiley and sons, New York, USA, 1974 GARCÍA Y. PEDRO L. ED. Tecnologías Energéticas e Impacto Ambiental, McGraw Hill Interamericana de España, Madrid, 2001.
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LANE REESE, R. Física Universitaria. Vol. I. Edit. Thomson, México, 2002. MILLER, G. TYLER JR. Introducción a la Ciencia Ambiental, International Thomson Editores Spain Paraninfo, S.A. Madrid, España, 2002. PARKER, J.D. ET AL. Fuentes Alternas y Convertidores de Energía Eléctrica; En: Finck, D.G. WoBeaty. H. Manual de Ingeniería Eléctrica, Vol. II, McGraw Hill Interamericana, México, 1996. RODRIGUEZ DEVIS, J.M. Energía: sus perspectivas, conversión y utilización en Colombia. Universidad Nacional de Colombia, TM Edit., Bogotá, 2009. SONNTAG AND VAN WYLEN, “Introducción a la Termodinámica Clásica y Estadística”, Editorial Limusa, Mexico, 1977 Futuros para Una Energía Sostenible en Colombia, UPME, Ministerio de Minas y Energía, Bogotá, 1999. WORLD ENERGY ASSESSMENT: Energy and the Challenge of Sustainability, United Nations Development Program, UNDP, 2000, New York, U.S.A. VESTAS, “Wind Systems”, Smed Hansens Vej, Dinamark, 1997
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