Guía Docente 2016/2017

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Guía Docente 2016/2017

Sistemas energéticos e Hidroeléctricos

Energy and Hydroelectric Systems

Grado en Ingeniería Civil

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Sistemas Energéticos e Hidroeléctricos

Rev. 10

Índice

SISTEMAS ENERGÉTICOS E HIDROELÉCTRICOS. ...3

Breve descripción de la asignatura ...3

Requisitos Previos ...4

Objetivos ...4

Competencias y resultados de aprendizaje ...5

Metodología ...7

Temario...9

Relación con otras materias ...13

Sistema de evaluación ...13

Bibliografía y fuentes de referencia ...14

Web relacionadas ...15

Recomendaciones para el estudio...15

Material didáctico ...16

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SISTEMAS ENERGÉTICOS E HIDROELÉCTRICOS

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Módulo: OBLIG-IC

Materia: PLANIFICACIÓN Y GESTIÓN DE LOS RECURSOS HIDRÁULICOS Y ENERGÉTICOS. Carácter: Obligatoria.

Nº de créditos: 4.5 ECTS.

Unidad Temporal: CUARTO CURSO. SEGUNDO SEMESTRE

Profesor de la asignatura: D. Jorge Garrido Holgado

Email: [email protected];

Horario de atención a los alumnos/as: el horario de atención al alumno se

colgará al inicio de curso en el campus virtual de la asignatura.

Profesor coordinador: Dr. D. Javier Senent Aparicio

Breve descripción de la asignatura

En nuestra profesión, cada vez es más necesario realizar infraestructuras con altos requerimientos eléctricos, que además sean capaces de producir electricidad y ser utilizadas como sistemas de producción de energía renovable. En muchas ocasiones, estas infraestructuras se encuentran en lugares aislados donde es posible realizar un despliegue de medios de producción energética que cubra nuestras necesidades mediante sistemas de energías renovables como la fotovoltáica o eólica.

Las infraestructuras hidráulicas tienen un gran poder de producción de energía, la superficie terrestre está cubierta en un 71% de agua. Las centrales hidroeléctricas transforman esa energía en electricidad, aprovechando la diferencia de desnivel existente entre dos puntos. La energía se transforma primero en energía mecánica en la turbina hidráulica, ésta activa el generador, que transforma en un segundo paso la energía mecánica en energía eléctrica.

La energía hidroeléctrica es la que genera electricidad de forma más barata en la actualidad. Esto se debe a que, una vez que la presa se ha construido y se ha instalado el equipamiento técnico, la fuente de energía (agua en movimiento) es gratuita. Esta fuente de energía es limpia y se renueva cada año a través del deshielo y las precipitaciones. Este tipo de energía es fácilmente accesible, ya que los ingenieros pueden controlar la cantidad de agua que pasa a través de las turbinas para producir electricidad según sea necesario.

La asignatura permitirá al alumno adquirir los conocimientos generales esenciales de centrales hidroeléctricas, sistemas de producción de energía renovable, estaciones de bombeo e impulsiones, turbo máquinas, los saltos hidroeléctricos.

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Brief Description

In our profession, it is increasingly necessary infrastructure with high electrical requirements and are also capable of producing electricity and systems be used as renewable energy production. In many cases, these facilities are in remote locations where it is possible to perform a mass deployment of energy production that meets our needs through renewable energy systems such as photovoltaic or wind.

Hydraulic infrastructures have great power for energy production , land surface is covered by 71 % water. Hydroelectric plants convert that energy into electricity , drawing the difference in slope between two points. The energy is first converted into mechanical energy into hydraulic turbine , it activates the generator, which in a second step transforms mechanical energy into electrical energy.

Hydropower is what generates electricity more cheaply today. This is because, once the dam has been built and installed the technical equipment , the energy source (water in motion) is free. This energy source is clean and renewed each year through snowmelt and rainfall. This energy is easily accessible , and engineers can control the amount of water passing through turbines to produce electricity as needed.

The course will allow students to receive basic general knowledge of hydroelectric systems, renewable energy production, pumping stations and drives, turbomachinery, hydroelectric jumps.

Requisitos Previos

 Conocimientos de instalaciones eléctricas, hidráulica e hidrología, teoría y aplicación.  Conocimientos de equipos de bombeo e instalaciones eléctricas.

Objetivos

El alumno conocerá los diferentes sistemas de generación de energía, desde las centrales hidroeléctricas, hasta los sistemas de energías renovables como la eólica, geotérmica, biomasa, térmica, fotovoltaicas.

Dar a conocer al alumno los sistemas de generación de energía y sistemas de aprovechamiento hidráulico, así como los procedimientos de cálculo de sistemas de tuberías a presión y de lámina libre.

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el funcionamiento de los sistemas energéticos, los sistemas de energías renovables como sistemas de generación y como sistemas de producción y consumo autónomos.

Competencias y resultados de aprendizaje

Competencias generales del titulo

 O1 Capacitación científico – técnica para el ejercicio de la profesión de Ingeniero Técnico de Obras Públicas y conocimiento y ejercicio de las funciones de asesoría, análisis, diseño, cálculo, proyecto, dirección, construcción, gestión, mantenimiento, conservación y explotación de sistemas energéticos e hidroelectricos.

 O2 Comprensión de los múltiples condicionamientos de carácter técnico y legal que se plantean en la construcción de una obra pública, y capacidad para emplear métodos contrastados y tecnologías acreditadas, con la finalidad de conseguir la mayor eficacia en la construcción dentro del respecto por el medio ambiente y la protección de la seguridad y salud de los trabajadores y usuario de la obra pública.

 O3 Conocimiento, comprensión y capacidad para aplicar la legislación necesaria durante el ejercicio de la profesión de Ingeniero Técnico de Obras Públicas.

 O4 Capacidad para proyectar, inspeccionar y dirigir obras y servicios, en su ámbito.

 O5 Capacidad para el mantenimiento y conservación de los recursos hidráulicos y energéticos, en el ámbito de la Ingeniería.

 O7 Capacidad para la gestión, el mantenimiento, conservación y explotación de infraestructuras, en el ámbito de la Ingeniería Civil.

 O8 Capacidad para realizar estudios y diseñar captaciones de aguas superficiales o subterráneas, en su ámbito

 Conocimiento y capacidad para proyectar y dimensionar obras e instalaciones hidroeléctricas, sistemas energéticos, aprovechamientos hidroeléctricos y planificación y gestión de recursos hidráulicos superficiales y subterráneos.

 Comprensión de los múltiples condicionamientos de carácter técnico y legal que se plantean en la construcción de una obra pública, y capacidad para emplear métodos contrastados y tecnologías acreditadas, con la finalidad de conseguir la mayor eficacia en la construcción dentro del respeto por el medio ambiente y la protección de la seguridad y salud de los trabajadores y usuario de la obra pública.

 Capacidad para, proyectar, inspeccionar, dirigir obras y servicios, realización de estudios de sistemas energéticos.

 Capacitación para la realización de estudios de eficiencia energética.  Diseño de sistemas de alimentación autónomos, sistemas hidroelectricos.  Gestión y mantenimiento de centrales y sistemas energéticos.

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Competencias transversales

 T1 Capacidad de análisis y síntesis.

 T2 Capacidad de organización y planificación.

 T4 Conocimiento y compresión de la legislación y normativa relativas a las distintas áreas de estudio de la titulación.

 T5 Conocimiento de informática relativo al ámbito de estudio.  T7 Resolución de problemas.

 T8 Toma de decisiones.

 T11 Trabajo en equipo de carácter interdisciplinar.  T22 Sensibilidad hacia temas medioambientales

Competencias específicas

 OUIC1 Conocimiento y capacidad para proyectar y dimensionar obras e instalaciones hidráulicas, sistemas energéticos, aprovechamientos hidroeléctricos.

 OUIC2 Conocimientos de planificación y gestión de los recursos hidráulicos y sus infraestructuras. Capacidad para evaluar y regular recursos hídricos

 Conocer los sistemas de generación de energía renovable así como el dimensionamiento de estaciones autónomas de producción energética y sistemas hidroelectricos.

 Conocer el marco legal y normativas aplicables.

Resultados del aprendizaje

 Diseño de sistemas de alimentación autónomo mediante energías renovables.

 Conocimiento de las obras civiles de almacenamiento, transporte y aprovechamiento energético del agua: presas, conducciones, canales y aprovechamientos hidroeléctricos.  Diseño y dimensionamiento de sistemas de producción de energía eléctrica.

 Dominio de los diferentes elementos que intervienen en el diseño de un sistema de generación de energía.

 Conocimiento de los diferentes elementos que intervienen en el diseño de un aprovechamiento hidroeléctrico.

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Metodología

Metodología Horas Horas de trabajo

presencial Horas de trabajo no presencial Exposición teórica 29 Grupos de discusión, seminarios 5 Tutoría 5 Evaluación 6 45 horas (40 %) Estudio personal 45 Preparación de trabajo y exposición 12

Análisis de artículos científicos 6 Búsquedas bibliográficas 4.5

67,5 horas (60 %)

TOTAL 112,5 45 67,5

Actividades presenciales

1. Clases en el aula (29 horas): Exposición de contenidos por parte del profesor, análisis de competencias, explicación y demostración de capacidades, habilidades y conocimientos en el aula o a través de medios audiovisuales. Las presentaciones estarán a disposición del alumnado en el campus virtual en fecha previa a la de su exposición en clase.

2. Seminarios/grupos de discusión (5 horas): Discusión sobre temas monográficos de actualidad, se ilustrará algún contenido teórico con materiales informáticos y/o audiovisuales para después someterlos a debate. Exposición de trabajos realizados por los alumnos, resolución de problemas, análisis y asimilación de los contenidos de la materia, consultas bibliográficas, preparación de trabajos individuales y/o grupales y pruebas de autoevaluación.

3. Tutorías (5 horas): Se realizarán tutorías individualizadas y en grupos reducidos para aclarar dudas o problemas planteados en el proceso de aprendizaje, dirigir trabajos, revisar y discutir los materiales y temas presentados en las clases, orientar al alumnado acerca de los trabajos y lecturas a realizar, afianzar conocimientos, comprobar la evolución en el aprendizaje de los

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alumnos, y proporcionar retroalimentación sobre los resultados de ese proceso, empleando para ello diferentes herramientas informáticas como foros, chats, o autoevaluaciones.

4. Evaluación (6 horas): Se realizarán todas las actividades necesarias para evaluar a los estudiantes a través de los resultados de aprendizaje en que se concretan las competencias adquiridas por el alumno en cada materia. En estas evaluaciones se tendrá en cuenta el examen propiamente dicho, los trabajos realizados y su exposición, las prácticas en el laboratorio de hidráulica y la participación del estudiante en las actividades formativas relacionadas con tutorías, foros, debate, exposición de trabajos, sesiones prácticas, etc

Actividades no presenciales

Con el trabajo no presencial el alumno debe ser capaz de reforzar, a través del estudio independiente y grupal, los contenidos trabajados en las actividades presenciales.

1. Estudio personal (45 horas): Tiene como objeto asimilar los contenidos y competencias presentados en las clases y preparar posibles dudas a resolver en las tutorías, realización de actividades de aprendizaje y preparación de exámenes.

2. Preparación de trabajos y exposiciones (12 horas): Realización de trabajos prácticos y/o teóricos propuestos por el profesor responsable, de forma individual o en grupo. Esta actividad incluye la lectura y síntesis de las publicaciones y libros recomendados por los profesores y es fundamental para una correcta preparación de los ejercicios, casos clínicos y trabajos. Además los alumnos deberán preparar las presentaciones orales apoyándose en diferentes herramientas audiovisuales para realizar las exposiciones orales ya sean individuales como en grupo.

3. Análisis de artículos científicos (6 horas): Estudio de los artículos más relevantes sobre temas relacionados con la asignatura, así como la elaboración de documentos de análisis y reflexión.

4. Búsquedas bibliográficas (4.5 horas): Lectura y síntesis de las lecturas recomendadas por los profesores, y de aquellas que el alumno pueda buscar por su cuenta. Este proceso resulta vital para una correcta preparación de los ejercicios, casos prácticos, problemas y trabajos propuestos en clase; y para que el alumno acceda a fuentes de información relevante, en especial revistas y periódicos de actualidad empresarial, que le permitan familiarizarse con autores destacados, y desarrollar la capacidad de análisis, síntesis y argumentación.

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Temario

Programa de la enseñanza teórica

BLOQUE I

TEMA 1: Las Energías Renovables

 El sistema energético español  Energía del agua

 Energía del viento  Energía de la tierra  Energía del sol

 Plan de energías renovables 2.011-2020  El Protocolo de Kyoto y el cambio climático  Plan de ahorro y eficiencia energética

TEMA 2: Energía Eólica

 Introducción a la energía eólica  Evaluación del recurso eólico  Clasificación de las eólicas

 Tecnología, aerogeneradores y parque eólicos  Cálculos usos y aplicaciones de la energía eólica  Cálculo y dimensionamiento de instalaciones aisladas

TEMA 3: Energía Solar Térmica

 Introducción a la energía solar térmica  El Sol como fuente de energía

 Radiación solar

 Funcionamiento y mantenimiento de una instalación solar  Tecnología y elementos principales de una instalación solar  Usos y aplicaciones de la energía solar

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 Dimensionamiento de una instalación solar térmica  Aspectos económicos sobre la energía solar

TEMA 4: Energía Geotérmica

 Introducción a la energía geotérmica

 Situación actual de la energía geotérmica en España

 Aplicaciones y tecnología para aprovechamientos geotérmicos de baja y muy baja temperatura

 Aplicaciones y tecnología para centrales de generación de electricidad  Factores económicos, administrativos y medioambientales

 Ventajas y potencial de la energía geotérmica

TEMA 5: Energía Solar Fotovoltaica

 Introducción a la energía solar fotovoltaica

 Sistemas autónomos, híbridos o conectados a la red  Instalaciones con potencia mayor e inferior a 100KW  Paneles solares y sistemas de seguimiento

 Sistemas basados en paneles semitransparentes  Componentes de una instalación solar fotovoltáica

 Rentabilidad en instalaciones de energía solar fotovoltáica  Legislación existente relativa a instalaciones fotovoltáicas  Aplicaciones de la energía solar fotovoltaica

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BLOQUE II

TEMA 6: Introducción a las máquinas hidráulicas. Introducción y generalidades sobre las

máquinas hidráulicas.

 Clasificacion de maquinas de fluidos.

 Elementos caracteristicos de una turbomaquina

 Balance energético de una máquina hidráulica. Instalaciones de bombeo y turbinación  Análisis dimensional y semejanza física de las turbo máquinas

 Teoría general de las turbo máquinas hidráulicas

TEMA 7: BALANCE ENERGETICO BOMBEO Y TURBINACION

 Conservación de energía

 Balance de energía mecánica y rendimientos en bombas hidráulicas  Balance de energía mecánica y rendimientos en turbinas hidráulicas  Instalaciones de bombeo y turbinación.

TEMA 8: Teoría general de turbo máquinas.

 Sistema de referencia.

 Volumen de control. Conservación de masa.

 Conservacion del momento cinético. Teorema de Euler.  Ecuacion de Bernoulli en el movimiento relativo al rotor  Grados de reacción

 Teorias unidimensional y bidimensional

TEMA 9: ELEMENTOS DE CALCULO DE INSTALACIONES

 Fenómenos de cavitación

 Elementos para el cálculo de bombas e instalaciones de bombeo  Elementos para el cálculo e instalación de turbinas hidráulicas

TEMA 10: CENTRALES HIDROELÉCTRICAS I

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 Instalaciones hidráulicas de alimentación de turbinas.  Tuberias forzadas.

 Transitorios. Golpe de ariete y chimeneas de equilibrio.  Analisis del golpe de ariete en bombeos

 Analisis del golpe de ariete en turbinas

TEMA 11: CENTRALES HIDROELÉCTRICAS II

 Centrales reversibles. Maquinas reversibles  Centrales de acumulación por bombeo  Regulacion de un rio

 Produccion y consumo de energía eléctrica  Automatizacion de centrales hidroeléctricas  Tipos e instalaciones representativas

Programa de la enseñanza práctica

- PRÁCTICA 1: Calculo y dimensionamiento de sistemas eólicos y fotovoltaicos

- PRÁCTICA 2: Calculo y dimensionamiento de sistemas mixtos

- PRÁCTICA 3: Calculo y dimensionamiento de sistemas hidroeléctricos

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Relación con otras materias

Los sistemas energéticos e hidroeléctricos, mantienen una estrecha relación con las materias de instalaciones eléctricas, hidráulica e hidrología I y II, ingeniería marítima y costera, así como la dinámica de fluidos, tanto en su parte teórica como práctica.

Sistema de evaluación

Convocatoria de Febrero/Junio: - Parte teórica:

PARCIAL 1 (Bloque I): 40% del total de la nota. PARCIAL 2 (Bloque II): 45% del total de la nota.

- Parte práctica: 15% del total de la nota.

Convocatoria de Septiembre:

- Parte teórica: [85% del total de la nota.]

- Parte práctica: [15% del total de la nota. Requisitos]

Requisitos: la entrega de los trabajos o ejercicios prácticos evaluables, será un requisito

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Bibliografía y fuentes de referencia

Bibliografía básica

 Máquinas eléctricas / Jesús Fraile Mora, 6ª ed. corr. (o posterior) Editorial: McGrawHill, 2008  Mecánica de fluidos incompresibles y turbo máquinas hidráulicas / José Agüera Soriano

Edición:5ª ed. actualizada, Editorial:[Madrid] : Ciencia 3, D.L. 2002

 “Energías Renovables para el Desarrollo”. De Juana, José María. Editorial Paraninfo  “Energías Renovables”. Ortega Rodríguez, M. Editorial Paraninfo

 “Plan de Fomento de las Energías Renovables en España”, Edita IDAE, 1999  “Las Energías Renovables en España, Balance y Perspectivas”, Edita IDAE, 1998  “Manuales de Energías Renovables”: “Mini centrales Hidroeléctricas”, “Energía

Eólica”, “Energía de la Biomasa”, “Incineración de Residuos Sólidos Urbanos”, “Energía Solar Térmica”, “Energía Solar Fotovoltaica”. Publica IDAE, Edición Cinco Días, 2006.

 CASTILLO, E. et al (2002); Building and solving mathematical programming models in engineering and science, Wiley.

 CUESTA, L., VALLARINO, E. (2000); Aprovechamientos Hidroeléctricos, 2 volúmenes; Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos; Madrid.

 Granados, Garrote, Delgado y Martín (2003). Problemas de Obras Hidráulicas. Servicio de Publicaciones del CICCP.

 GÓMEZ EXPÓSITO, A. et al. (2002); Análisis y operación de sistemas de energía eléctrica, McGraw-Hill.

 GRUPO FORMACIÓN DE EMPRESAS ELÉCTRICAS (1994), Centrales hidroeléctricas. Tomo II: Turbinas hidráulicas, Paraninfo.

 WARNICK, C.C. et al. (1984); Hydroelectric Engineering, Prentice-Hall. WILHELMI, J.R. (2000; rev. 2007); Análisis de sistemas hidroeléctricos, Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Madrid.

 WOOD, A.J. and WOLLENBERG, B.F. (1996); Power generation operation and control (2nd edition). John Wiley & Sons

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Bibliografía complementaria

 Colección energías renovables. J.M Escudero López. Editorial Mundi Prensa Mexico, 2008  Energías Renovables, Sustentabilidad y Creación de Empleo.Emilio Menéndez Pérez.

Editorial Catarata, 2001.

 Real Decreto 436/2004 de 12/03/04

 “Plan de Energías Renovables 2005-2010”. IDAE. Madrid, 2005  “Guía Solar”. Greenpeace. 2005

 “Guía de Ahorro Energético. Instalaciones Industriales”. Comunidad de Madrid. Madrid 2006  “Documento Básico HE. Ahorro de energía”. Ministerio de Vivienda. Marzo 2006

 “Energía Solar fotovoltaica en la Comunidad de Madrid”. ASIF.

Web relacionadas

1. www.idae.es/index.php/idpag.16/mod.pags/mem.detalle 2. www.acciona.es/sostenibilidad/plan- director/innovacion/energias?gclid=CO36pr2N6rICFSfMtAodkDoAew 3. www.enerpyme.es/manual/Manual%20fotovoltaica.pdf 4. www.mma.es/oecc 5. www.mityc.es 6. www.argem.regionmurcia.net

Recomendaciones para el estudio

 Al comienzo de la Asignatura es necesario que el alumno repase los contenidos correspondientes a las asignaturas de Hidráulica e Instalaciones eléctricas, como punto de partida.

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 La asignatura requiere un seguimiento continuo por parte del alumno. Se recomienda estudiar conforme se desarrollen los contenidos en clase y realizar los ejercicios propuestos, preferentemente antes de su resolución por parte del profesor.

 El curso cuenta con un aula virtual desde la que poder realizar su seguimiento a través de Internet y una metodología de trabajo basada en la aplicación práctica de los conocimientos mediante la formulación de supuestos reales y el desarrollo de un trabajo final.

Material didáctico

El material se preparara en reprografía. El seguimiento de las clases se realizará a través del aula virtual, donde se publicará la documentación complementaria necesaria para el correcto transcurso de la asignatura.

Tutorías

Se realizaran tanto tutorías personalizadas como a nivel de grupo, para aquellos alumnos que necesiten asentar conocimientos sobre las cuestiones tratadas en la asignatura y para el correcto desarrollo de los trabajos.