Carrera: Técnico Superior en Energía, orientación industrial
Asignatura: Instalaciones y Aplicaciones de la Energía Solar
Carga horaria: 5 horas cátedra semanales
Año 2002. Curso: 3er. Año
Profesor: Alejandro Roberti
Objetivos:
Que el alumno tenga conocimiento acabado de la capacidad potencial de la energía de origen solar como alternativa de recurso energético y de su ubicación en competencia con otras fuentes.
Que el alumno disponga de información actualizada sobre el estado de avance y la aplicación de alternativas tecnológicas a nivel nacional e internacional
Que el alumno adquiera un método tecnológico aplicable a resolver problemas concretos de utilización de la energía solar, de su almacenamiento y transporte, evaluando las ventajas e inconvenientes y valorando los criterios de conservación en todo sistema energético.
Que el alumno sea capaz de evaluar y ponderar las diversas alternativas no solo desde un mejor uso técnico sino también bajo criterios económicos.
CONTENIDOS
Unidad 1:
Repaso, en función del nivel de los alumnos de los siguientes temas correspondientes a la materia Física II:
Unidad 11, medición y propiedades de la radiación luminosa.
Unidad 13, lentes y espejos curvos. Algunos instrumentos de óptica.
Unidad 14, Dispersión, espectros y color.
Unidad 15, Interferencia y difracción.
Unidad 16, Luz polarizada.
Unidad 2:
El Sol. Resumen histórico de las aplicaciones de la energía solar. Estructura del astro. Fotosfera, cromosfera y corona. Viento solar. Actividad solar. Datos astronómicos. Cálculo de instante de paso, orto y ocaso. Atmósfera terrestre. Gradientes de presión y de temperatura.
Unidad 3:
La radiación térmomagnética. Cuerpo negro. Gas de fotones en equilibrio. Propiedades radiactivas de los cuerpos reales. Cuerpo opaco. Aportes de la teoría electromagnética. Superficies selectivas y reflectantes. Absorción y emisión de la radiación. Aproximación para medios ópticamente densos. Caso de láminas transparentes paralelas. Intercambios radiativos entre cuerpos opacos en medio transparente.
Unidad 4:
Conducción y convección. Conductividad térmica. Conducción en muros planos. Analogía eléctrica. Cilindros y esferas. Ecuación general de la conducción. Convección natural y forzada. Intercambios de calor.
Unidad 5:
Transmisión de la radiación solar a través de la atmósfera. Mecanismos físicos. Radiación directa. Noción de masa atmosférica. Distribución espectral de la radiación directa del sol. Modelos simplificados para la radiación directa. Radiación difusa. Efecto de las nubes. Efecto del suelo. Radiación del suelo. Radiación atmosférica. Balance energético de la tierra.
Unidad 6:
Medición de la radiación solar. Instrumentos de medición: pirheliómetros, piranómetros, pirradiómetros, heliógrafos, teledetección. Resultados y presentación. Valores instantáneos. Sumas horarias y diarias. Asoleamiento y nubosidad. Fracción de irradiación.
Unidad 7:
Estimación de la radiación solar en superficies horizontales. Estimación de medias mensuales de irradiación global, difusa y directa diaria. Pasaje a valores instantáneos. Estimación de irradiaciones horarias difusa y directa.
Unidad 8:
Estimación de la radiación solar en superficies inclinadas. Radiación directa, difusa y total. Efecto de la orientación de una superficie sobre la energía recibida. La Red Solarimétrica del Servicio Meteorológico Nacional.
Unidad 9:
El colector plano. Efecto invernadero. Balance térmico de un colector plano. Rendimiento óptico. Coeficiente global de pérdidas. Transferencia de energía al fluido intermedio. Efectos secundarios: transparencia de la cobertura al infrarrojo. Absorción de la radiación por la cobertura. Conducción en el absorbedor en dirección a la circulación. Regímenes transitorios. Influencia de los principales parámetros. Colectores de aire. Colectores de vacío.
Unidad 10:
Ejemplos de colectores planos. Instalaciones experimentales, industriales y semiindustriales. El secado de alimentos, granos y hojas (yerba, tabaco). Otras aplicaciones.
Unidad 11:
Sistemas de concentración I. Relación general campo-concentración y la segunda ley de la termodinámica. Efecto de una lámina transparente. Conservación y concentración. Sistemas que forman imágenes. Energía difusa captada. Orientación. Temperatura máxima del absorbedor.
Unidad 12:
Sistemas de concentración II. Clasificación de los sistemas de concentración. Espejos parabólicos, cilindro parabólicos y centrales de torre. Espejos esféricos o cilíndricos. Aberraciones. Sistema SRTA. Concentración por refracción. Concentradores parabólicos compuestos. Conos axiales. Espejos planos. Balance térmico de un colector concentrador.
Unidad 13:
Ejemplos y aplicaciones de concentradores. Instalaciones generadoras de electricidad. Calentamiento de fluidos.
Unidad 14:
Celdas fotovoltaicas. Semiconductores. Tipos. Diseños básicos. Tensiones y corrientes. Elementos de control. Usos terrestres, marinos y espaciales. Potencias y costos.
Unidad 15:
Otras aplicaciones. Destiladores: fundamentos, parámetros y resultados prácticos. Invernaderos: clásicos, solares. Gradientes de concentración salina.
BIBLIOGRAFÍA:
- 1. de estudio
1.1. General
1.2. Por unidades
- 2. de consulta
Régimen de evaluaciones: se tomará un parcial sobre aspectos teóricos y una defensa de la monografía. Los problemas dados en clase serán resueltos y presentados en carpeta con hojas bajo norma IRAM A4, blancas lisas.
Los alumnos deberán presentar problemas concretos para la discusión en clase, sobre alternativas de aplicación solar en instalaciones existentes o diseños novedosos. Se incentivarán las tareas de investigación aplicada y desarrollo.