TECNOLOGIA ENERGÈTICA - UPC
TECNOLOGIA ENERGÈTICA - UPC
TECNOLOGIA ENERGÈTICA - UPC
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
ENGINYERIA INDUSTRIAL<br />
<strong>TECNOLOGIA</strong><br />
<strong>ENERGÈTICA</strong><br />
Guia de l’assignatura
ENGINYERIA INDUSTRIAL<br />
25035 Tecnologia Energètica. Guia de l’assignatura<br />
Aprovada en C.A.A de data 8/06/05<br />
Modificada en C.A.A. de data 4/06/10 1<br />
Crèdits: 6 ( 6 teoria i problemes)<br />
Crèdits ECTS: 4,8<br />
Tipus: Troncal<br />
Coordinador: PERE COLOMER VILANOVA colomer@mmt.upc.edu )<br />
AltresProfessors: Ramón Carreras Planell (carreras@(mmt.upc.edu), Yolanda Calventus Solé<br />
(calventus@mmt.upc.edu), Iria Fraga Rivas (iria.fraga@mmt.upc.edu), Ivette Rodriguez Pérez<br />
(ivette@cttc.upc.edu), Robert Castilla López (castilla@mf.upc.edu) , Manuel-Amancio Soler<br />
Manuel (solerm@mf.upc.edu) , Andrés F. Navarro Flores (navarro@mf.upc.edu ) ,Maria del<br />
Carmen Pretel Sánchez (carme.pretel@upc.edu ) , Lluis Batet, Miracle (lluis.batet@upc.edu ).<br />
Departament: Màquines i Motors Tèrmics (724)<br />
Presentació<br />
Coneixements previs<br />
Coneixements de Termodinàmica, cicles amb turbina de vapor, turbina de gas i motors alternatius de<br />
combustió interna. Coneixements elementals de les diferents fonts d’energia i de les transformacions<br />
energètiques.<br />
Camps professionals<br />
Com a assignatura tecnològica de caràcter energètic, l’àmbit d’aplicació se centra tant en el camp<br />
termoenergètic com en el camp elèctric i electrònic, mecànic, químic, tèxtil, disseny industrial i els<br />
relacionats amb la tecnologia de medi ambient<br />
Relació amb altres assignatures<br />
Termodinàmica. Termotècnia. Enginyeria Termodinàmica. Màquines Tèrmiques. Màquines<br />
Hidràuliques. Tecnologia del Medi Ambient. Refrigeració i Condicionament d’aire. Alternatives<br />
Energètiques. Bescanviadors de calor i equips generadors tèrmics. Transferència de calor i massa.<br />
Enginyeria Tèrmica i de Fuids. Motors Tèrmics. Combustió i Turbomàquines Tèrmiques.<br />
Objectius generals<br />
Els objectius generals de la part d’ assignatura centrada en les Fonts d’Energia, són un coneixement<br />
exhaustiu d’aquestes fonts i de com obtenir energia utilizable amb una eficiència màxima i amb el<br />
mínim impacte i contaminació ambiental. En aquest sentit s’estudien i analitzen tant aquelles que<br />
podem considerar clàssiques, per l’ús de combustibles fòssils, com les de tipus alternatiu (eòlica,<br />
solar, hidràulica, solar tèrmica, geotèrmica, nuclear de fusió, etc..).<br />
Respecte a la Gestió Energètica Industrial, l’objectiu és descriure els mètodes i tecnologies per a la<br />
utilització eficient (racional) de l’energia en base a criteris termodinàmics i termoeconòmics.
ENGINYERIA INDUSTRIAL<br />
25035 Tecnologia Energètica. Guia de l’assignatura<br />
Aprovada en C.A.A de data 8/06/05<br />
Modificada en C.A.A. de data 4/06/10 2<br />
Temari<br />
Mòdul 1 INTRODUCCIÓ A LA <strong>ENERGÈTICA</strong> i ENERGIA SOLAR (10 hores)<br />
Tema 1 : Demanda energètica i disponibilitat 1 hora<br />
Tema 2 : Fonts d’energia primària i secundàries 1 hora<br />
Tema 3 : Energia solar tèrmica i fotovoltàica 8 hores<br />
Mòdul 2 ENERGIA HIDRÀULICA,GEOTÈRMICA,EÒLICA i BIOMASSA ( 10 hores)<br />
Tema 4: Energia hidràulica 2 hores<br />
Tema 5: Energia Eòlica 2 hores<br />
Tema 6: Energia Geotèrmica 2 hores<br />
Tema 7: Biomassa energètica 4 hores<br />
Mòdul 3 COMBUSTIBLES FÒSSILS i ENERGIA NUCLEAR (10 hores)<br />
Tema 8: Combustibles fòssils i especificacions del combustibles 4 hores<br />
Tema 9: Energia nuclear de fissió 5 hores<br />
Tema l0: Energia nuclear de fusió 1 hora<br />
Mòdul 4 BASES DE L’<strong>ENERGÈTICA</strong> INDUSTRIAL I COGENERACIÓ ( 13 hores)<br />
Tema 11: Bases de l’energètica Industrial 1 hora<br />
Tema 12: Cogeneració: Aspectes fonamentals 2.5 hores<br />
Tema 13: La cogeneració al sectors industrial i terciari 0.5 hores<br />
Tema 14: Termodinàmica de les plantes de cogeneració 4 hores<br />
Tema 15: Estalvi energètic en una planta de cogeneració 3 hores<br />
Tema 16: Avaluació econòmica d’una planta de cogeneració 2 hores<br />
Mòdul 5 PLANTES DE COGENERACIÓ. IMPACTE MEDIO-AMBIENTAL ( 17 hores)<br />
Tema 17: Plantes de cogeneració amb turbina de vapor 4 hores<br />
Tema 18: Plantes de cogeneració amb turbina de gas 4 hores<br />
Tema 19: Plantes de cogeneració amb motors alternatius de combustió interna 2 hores<br />
Tema 20: Estalvi energètic en sistemes amb cicle de refrigeració 2 hores<br />
Tema 21: Aplicacions termo-econòmiques del mètode exergètic 4 hores<br />
Tema 22: Gestió energètica i impacte medio-ambiental 1 hora<br />
Objectius específics dels mòduls<br />
Mòdul 1 INTRODUCCIÓ A LA <strong>ENERGÈTICA</strong> i ENERGIA SOLAR<br />
Presentar l’objectiu de l’assignatura amb una visió àmplia sobre la demanda energètica de la<br />
humanitat i la seva evolució en el temps amb una extrapolació a un futur i com satisfer aquestes<br />
demandes amb la disponibilitat natural energètica. Dividir les fonts d’energia en primàries i<br />
secundàries i conèixer les interconversions energètiques. Donar a conèixer el sol com a font primària<br />
i estudiar amb certa profunditat conceptes com la radiació solar, els captadors solars, els<br />
acumuladors d’energia, les cèl·lules solars fotovoltàiques i els generadors fotovoltàics.<br />
Objectius de l’alumne<br />
1) Conèixer les demandes d’energia i la disponibilitat energètica actual i la possible evolució<br />
futura
ENGINYERIA INDUSTRIAL<br />
25035 Tecnologia Energètica. Guia de l’assignatura<br />
Aprovada en C.A.A de data 8/06/05<br />
Modificada en C.A.A. de data 4/06/10 3<br />
2) Conèixer les fonts d’energia i saber la seva tipologia<br />
3) Saber establir les conversions entre les diferents fonts i conèixer el seu efecte medioambiental<br />
4) Conèixer la radiació solar, les seves característiques i la possible utilització tant respecte a la<br />
energia solar tèrmica com fotovoltàica.<br />
5) Aprendre les característiques de les instal·lacions solars així com dels diferents components:<br />
estudi dels captadors solars, sistemes d’acumulació d’energía, cèl·lules solars solars<br />
fotovoltàiques i generadors fotovoltàics, eficiències, pèrdues,....<br />
Mòdul 2 ENERGIA HIDRÀULICA,GEOTÈRMICA,EÒLICA i BIOMASSA<br />
L’objectiu fonamental és estudiar diferents tipus d’energia i les seves característiques, així com<br />
avaluar les diferents possibilitats d’aplicació i les seves eficiències, en l’estat actual de<br />
desenvolupament. En cada tipus d’energia s’estudiaran les equacions fonamentals i la tecnologia més<br />
avançada referent a la seva aplicabilitat.<br />
Objectius de l’alumne<br />
1) Aprendre el fonament de cada tipus de font estudiada<br />
2) Saber plantejar les equacions fonamentals en cada sistema estudiat<br />
3) Saber de cada font d’energia estudiada les característiques principals de les instal·lacions i<br />
saber avaluar els seus rendiments.<br />
4) Conèixer per cada font d’energia les possibilitats d’explotació.<br />
Mòdul 3 COMBUSTIBLES FÒSSILS i ENERGIA NUCLEAR<br />
En aquest mòdul, l’objectiu serà el plantejar l’origen i propietats dels combustibles fòssils, així com la<br />
manufactura. Bàsicament s’estudiaran el carbó, el petroli i el gas natural i es donaran les<br />
especificacions dels combustibles comercials. Dintre el mateix mòdul s’estudiarà l’energia nuclear de<br />
fusió i de fissió i es donarà un ampli coneixement dels principis de generació d’aquesta energia. Es<br />
plantejaran també els cicles del combustible nuclear, un cert coneixement de les centrals nuclears i es<br />
donarà un èmfasi especial a la temàtica de la seguretat.<br />
Objectius de l’alumne<br />
1) Conèixer els tipus de combustibles fòssils i les seves propietats.<br />
2) Conèixer la manufactura d’aquests combustibles<br />
3) Saber les especificacions dels combustibles comercials<br />
4) Conèixer els fonaments de la generació d’energia nuclear i els diferents tipus<br />
5) Conèixer els fonaments dels reactors nuclears i la seva seguretat<br />
6) Saber avaluar les possibilitats futures d’aquest tipus d’energia i conèixer l’estat actual de la<br />
fusió nuclear i el seu desenvolupament.<br />
Mòdul 4 BASES DE L’<strong>ENERGÈTICA</strong> INDUSTRIAL I COGENERACIÓ<br />
L’objectiu és en primer lloc donar una idea general sobre la gestió energètica i la utilització dels<br />
recursos energètics, donant importància a la eficiència energètica i a l’estalvi d’energia primària.<br />
Dintre d’aquesta utilització més eficient de l’energia s’estudiarà en profunditat la cogeneració com<br />
a sistema d’obtenir simultàniament energia elèctrica i energia tèrmica. S’estudiaran els aspectes<br />
fonamentals, s’avaluaran els diferents paràmetres i s’aplicaran els conceptes de rendiment tant<br />
des del punt de vista energètic com exergètic. S’avaluaran els diferents components d’una planta
ENGINYERIA INDUSTRIAL<br />
25035 Tecnologia Energètica. Guia de l’assignatura<br />
Aprovada en C.A.A de data 8/06/05<br />
Modificada en C.A.A. de data 4/06/10 4<br />
de cogeneració des del punt de vista termodinàmic i es donarà una importància cabdal a l’estalvi<br />
de combustible en diferents sistemes, atenent l’ajust a la demanda tèrmica i a la demanda<br />
elèctrica. Un objectiu final serà l’estudi de la viabilitat econòmica atenent els diferents factors que<br />
intervenen i les estratègies d’operació.<br />
Objectius de l’alumne<br />
1) Conèixer els principis fonamentals de la eficiència energètica i de l’estalvi d’energia primària<br />
2) Aprendre els principis de la cogeneració i saber avaluar els principals paràmetres que<br />
intervenen<br />
3) Conèixer el marc legal actual de la cogeneració.<br />
4) Conèixer la aplicació dels balanços energètics i exergètics a cada element de la planta de<br />
cogeneració i al global de la mateixa, es a dir fer un estudi termodinàmic exhaustiu la cada<br />
element i de la pròpia planta.<br />
5) Saber calcular en cada tipus de planta l’estalvi d’energia, atenent als diferents ajustos elèctric<br />
o tèrmic<br />
6) Saber plantejar una estudi econòmic atenent als diferents criteris de rendibilitat i les diferents<br />
estratègies<br />
Mòdul 5 PLANTES DE COGENERACIÓ. IMPACTE MEDIO-AMBIENTAL<br />
L’objectiu d’aquest mòdul està en donar coneixements amplis sobre els diferents tipus de plantes de<br />
cogeneració: turbines de vapor, turbines de gas i MACIs. S’incidirà sobre els tipus de cicles emprats<br />
en cada cas, avantatges i inconvenients i sobre la elecció del tipus de tecnologia a escollir. També es<br />
donaran les bases per a una anàlisi termoeconòmica sobre la gestió energètica prenent com a<br />
referència el concepte exergètic ja introduït. Per últim es veurà la possible reducció de la<br />
contaminació medio-ambiental per la introducció d’aquestes tecnologies.<br />
Objectius de l’alumne<br />
1) Conèixer les diferents tecnologies a emprar en plantes de cogeneració i saber fer la elecció<br />
del tipus i tamany més adequat.<br />
2) Conèixer les bases de les aplicacions termo-económiques del mètode exergètic com a eina<br />
per a la optimització i com a anàlisi d’alternatives.<br />
3) Avaluar l’impacte medio-ambiental de les transformacions energètiques i estudiar i plantejar<br />
la seva reducció.<br />
4) Saber aplicar el criteri d’estalvi energètic en tot tipus de sistema incloses les màquines de<br />
refrigeració, bombes de calor i sistemes de trigeneració.<br />
Metodologia de treball<br />
Sessions teoria, problemes<br />
L’assignatura s’organitza en classes de teoria i problemes on s’exposen els continguts teòrics i es<br />
resolen els problemes prèviament proposats. S’utilitza c0m a tècnica el mètode expositiu fent ús de la<br />
pissarra i de transparències. Ocasionalment es pot fer que els alumnes treballin a l’aula en el sentit de<br />
resoldre un problema proposat amb l’ajut del professor i comentar-lo posteriorment a la pissarra.<br />
El fet que hi hagi en el programa dues temàtiques clarament diferenciades, una que correspon a<br />
l’estudi de les fonts d’energia (mòduls 1,2 i 3) i una altra a la gestió energètica (mòduls 4 i 5), permet<br />
fer el desenvolupament del programa de manera que es poden alternar les classes setmanals en el<br />
sentit d’avançar en paral·lel en ambdues temàtiques.<br />
Sessió presencial 1: 2 hores setmana de la temàtica del mòduls 1,2 i3<br />
Sessió presencial 2: 2 hores setmana de la temàtica del mòduls 4 i 5
ENGINYERIA INDUSTRIAL<br />
25035 Tecnologia Energètica. Guia de l’assignatura<br />
Aprovada en C.A.A de data 8/06/05<br />
Modificada en C.A.A. de data 4/06/10 5<br />
Pràctiques, laboratoris<br />
No hi ha pràctiques de laboratori<br />
Organització en mòduls i temps de dedicació de l’estudiant<br />
Mòdul<br />
Temps de<br />
Classe<br />
Temps<br />
d’estudi<br />
Temps<br />
total<br />
Mòdul 1: INTRODUCCIÓ A LA <strong>ENERGÈTICA</strong> i ENERGIA SOLAR 10 hores 20 hores 30 hores<br />
Mòdul 2: ENERGIA HIDRÀULICA,GEOTÈRMICA,EÒLICA i<br />
BIOMASSA<br />
Mòdul 3 : COMBUSTIBLES FÒSSILS i ENERGIA NUCLEAR<br />
10 hores 20 hores 30 hores<br />
10 hores 20 hores 30 hores<br />
Mòdul 4: BASES DE L’<strong>ENERGÈTICA</strong> INDUSTRIAL I COGENERACIÓ 13 hores 26 hores 39 hores<br />
Mòdul 5: PLANTES DE COGENERACIÓ. IMPACTE MEDIO-<br />
AMBIENTAL<br />
17 hores 34 hores 51 hores<br />
Importància i dificultat dels mòduls<br />
Mòduls 1, 2 i 3<br />
La importància d’aquests mòduls és donar a conèixer de manera exhaustiva les principals fonts<br />
d’energia , la seva aplicabilitat , els rendiments o eficiències amb que treballen i veure si permetran<br />
cobrir les demandes d’energia en un futur proper amb el mínim de contaminació ambiental. La seva<br />
dificultat està en plantejar de forma clara i precisa els fonaments i la descripció tecnològica de la seva<br />
aplicació donat el poc temps disponible.<br />
Mòduls 4 i 5<br />
La importància fonamental està en plantejar, de forma clara i rigorosa, un mètode per satisfer a la<br />
vegada una demanda tèrmica i elèctrica amb un estalvi d’energia primària i amb un mínim d’impacte<br />
ambiental. També és important plantejar la viabilitat des d’un punt de vista tècnic i econòmic per<br />
aplicació mètodes rigorosos fonamentats en la anàlisi exergètica. La seva dificultat està en el<br />
plantejament d’aquest mètode i com arribar a solucions clares analitzant diferents solucions<br />
alternatives.<br />
Materials<br />
Bibliografia bàsica<br />
V. Bermudez , Tecnologia Energètica , Universitat Politècnica de València (2000)<br />
G. Boyle, Renewable Energy. Power for a Sustainable Future, Oxford University Press (1996)<br />
A.W.Culp, Principles of Energy Conversion, McGraw Hill (2001)<br />
J.M. Sala Lizárraga, Cogeneración: Aspectos Termodinámicos, Tecnológicos y Económicos,<br />
Universidad del Pais Vasco (1994)<br />
L. Jutglar , Cogeneració de calor y electricidad, CEAC (1996)<br />
M.A.Lozano , Cogeneración, Universidad de Zaragoza (1998)<br />
M.Villares Martín, Cogeneración, FC Editorial
ENGINYERIA INDUSTRIAL<br />
25035 Tecnologia Energètica. Guia de l’assignatura<br />
Aprovada en C.A.A de data 8/06/05<br />
Modificada en C.A.A. de data 4/06/10 6<br />
Bibliografia complementària<br />
Mòdul 1<br />
Janet Ramage, Energy a Guidebook , Oxford University Press (1997) 2ªed.<br />
R.Carreras, Fuentes Primárias de Energia y Recursos Energéticos de la Tierra, ETSEIT<br />
(2004)<br />
I. Rodriguez, Energia Solar, ETSEIT (2004)<br />
Mòdul 2<br />
M.A.Soler, Energia Hidràulica, ETSEIT (2004)<br />
R. Castilla, El viento como fuente de energia, ETSEIT (2004)<br />
R. Castilla, Aerodinàmica d’ aerogeneradors, ETSEIT (2004)<br />
R. Castilla, Diseño de palas de un aerogenerador, ETSEIT (2004)<br />
A. Navarro, Energia Geotèrmica, ETSEIT (2004)<br />
Mòdul 3<br />
A. Navarro, Combustibles Fósiles, ETSEIT (2004)<br />
Ll. Batet, Energia Nuclear, ETSEIT (2004)<br />
J.C. Jones, Topics in Environmental and Safety Aspects of Combustion Technology, Whittles<br />
Publishing (1977)<br />
J.F.Manxwell, J.G.McGowan, A.L.Rogers, Wind Energy Explained<br />
Mòdul 4 i 5<br />
P. Le Goff, Energétique Indrustrielle, Vol. 1 i Vol.2 , Editorial Technique et Documentation<br />
(1980)<br />
T.J. Kotas, The exergy method of thermal plant analysis, Butterworths (1985)<br />
J.H. Horlock, Cogeneration:combined heat and power, Pergamon Press (1987)<br />
S.D. Hu, Cogeneration, Reston Publishing Co. (1985)<br />
M. A. Lozano. Aplicaciones termoeconòmicas del método exergètico. Universidad de<br />
Zaragoza (1997)<br />
J. Alvarez, I Callejón, A. Márquez. J. Pérez. Cogeneració. Desenvolupament d’un cas pràctic.<br />
Publicacions d’abast S.L.L., CPDA, ETSEIB. <strong>UPC</strong>, (1998).<br />
W. H. Clark II. Análisis y gestión energética de edificios. Mc Graw Hill, (1998).<br />
J.L.Boyen. Thermal energy recovery. John Wiley (1980)<br />
Catalana de Gas y Electricidad S.A. Eds. Ahorro de Energía en la industria. Uso racional de<br />
los combustibles. Ed. INDEX (1982)<br />
La cogeneración industrial en Europa. Catalana de Gas S.A., (1988)<br />
R.C.Bailie. Energy conversion engineering. Addison-Wesley Pub. Co. (1978.<br />
Tecnologies avançades en estalvi i eficiència energètica. Monografies de la Generalitat de<br />
Catalunya. Institut Català de l’Energia<br />
Journal of Engineering for Power (Transactions of the ASME), Energy.<br />
Eficiència Energètica. Generalitat de Catalunya. Institut Català d’Energia.<br />
Colecció de problemes, taules i gràfics termodinàmics i fotocòpies de transparències de<br />
classe recollits pels professors de l’assignatura (disponibles a reprografia ETSEIT)<br />
Adreces d’Internet relacionades amb l’energia:<br />
Generalitat de Catalunya, http://www.gencat.es/energia/<br />
Generalitat de Catalunya. Institut Català d’Energia, http://www.icaen.es. Conté links amb<br />
altres webs relacionades amb la gestió de l’energia.<br />
International Energy Agency: http://www.iea.org
ENGINYERIA INDUSTRIAL<br />
25035 Tecnologia Energètica. Guia de l’assignatura<br />
Aprovada en C.A.A de data 8/06/05<br />
Modificada en C.A.A. de data 4/06/10 7<br />
Department of the Environment, Transport and the Regions (U.K.):http://www.enrgyefficiency.gov.uk<br />
Avaluació<br />
N f = 0.4 N1p + 0.6 Nef<br />
Nf : Nota final<br />
N1p : Nota 1r parcial<br />
Nef : Nota examen final