Física y Tecnología Energética (2008)

Titulación: INGENIERO DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS

Tipo: Optativa Curso: 2º Periodo: 2º Cuatrimestre Código: 3390

Esta asignatura puede ser seleccionada como de Libre Elección.

4 horas semanales de clase de teoría

6 créditos, 60 horas

Prerrequisitos y conocimientos previos recomendados

Haber cursado Física de primer curso en cualquier carrera de Ciencias o Ingeniería.

Descripción general de la asignatura

Visión general sobre la energía, su concepto y sus propiedades, su necesidad y utilidad, su obtención y transformación, los recursos de que disponemos y los problemas que plantea.

Justificación

La energía, su concepto y sus propiedades, su necesidad y utilidad, su obtención y transformación, los recursos de que disponemos y los problemas que plantea, no se trata solamente de un tema de interés general para toda la sociedad, sino también de interés específico para el ingeniero, cuya actividad profesional puede desenvolverse en campos relacionados con la producción y transporte de la energía.

Objetivos: conocimientos y capacidades

- Aclarar ideas sobre el concepto de energía, sus formas y sus transformaciones.

- Comprender a un nivel básico los fundamentos de las diversas fuentes de energía, tradicionales, actuales y futuras.

- Desarrollar la capacidad crítica y la evaluación del aprovechamiento de los diversos recursos energéticos, valorando los aspectos técnicos, económicos, medioambientales y sociales.

Actividades de evaluación o tareas prácticas

Los alumnos realizarán tres trabajos prácticos, los dos primeros en grupos y el último individual.

Programa

1. Introducción.

Consumo energético - El hombre y la energía en la historia – Vocabulario - Recursos disponibles. - Fuentes renovables y no renovables - Problemática actual

I.- CONCEPTO Y PROPIEDADES DE LA ENERGÍA

2. Energía. Física Clásica.

Definición. - Conservación en la Mecánica Clásica. - Máquinas mecánicas. - Móvil Perpetuo. - Calor. - Máquinas Térmicas - Principios de la Termodinámica. – Entropía. – Mecánica Estadística. – Energía Química. – Energía Electromagnética. – Conservación de la Energía

3. Energía. Siglo XX

Exergía – Termodinámica dependiente del tiempo. Relatividad: energía y masa. Mecánica cuántica: Energía e incertidumbre.

II.- USO DE LA ENERGÍA Y RECURSOS ENERGÉTICOS

4. La Red Eléctrica

Generación potencia eléctrica. - Transformación y Distribución – Red eléctrica – Producción y consumo. – Mercado eléctrico.

Sistema energético actual

5. Energía Hidráulica

Energía hidráulica histórica . - Aprovechamiento hidroeléctrico – Presas – Turbinas de Impulso: Pelton – Turbinas de reacción: Francis y Kaplan Centrales hidroeléctricas y de bombeo – Generación en España – Energía hidroeléctrica en el mundo – Ventajas e inconvenientes.

6. Combustibles Fósiles:

6.1.El Petróleo

La Combustión. - Formación del petróleo – Prospección y extracción – Refinerías – Producción y Comercio mundial de petróleo. – Reservas y recursos

6.2.Carbón, Gas Natural y otros.

Origen y tipos de Carbón. – Explotación del carbón en España y en el Mundo. – Reservas de carbón. – Gas Natural. – Producción mundial y reservas – Gasoductos – Pizarras Bituminosas - Arenas asfálticas – Hidratos de metano.

6.3.Máquinas Térmicas: Motores de explosión.

Máquinas Térmicas – Motor de explosión de 4 tiempos – El automóvil – Combustible, carburador e inyección – Escape y Catalizadores – Eficiencia - El motor Diesel – Motores rotatorios. 

6.4. Máquinas Térmicas: Vapor y Turbinas

Historia de la Maquina de vapor. – Turbinas de vapor – Centrales Térmicas – Turbinas de gas. – Centrales de Ciclo combinado – Cogeneración.

6.5. Combustión y Contaminación

Inconvenientes del uso de combustibles fósiles. – Extracción y transporte – Mareas negras – Combustión y contaminación - Contaminación atmosférica: CO, NOx, S, compuestos volátiles, partículas. – Lluvia ácida – Inversión térmica - Emisiones en España y en el Mundo.

6.6. El Calentamiento Global

El efecto invernadero - Calentamiento y emisiones CO2 – Evidencias y escepticismo – El clima terrestre – Modelos teóricos – Predicciones – Protocolo de Kyoto – España y el calentamiento.

7. Energía Nuclear.

7.1. El Reactor

Reacciones nucleares – La Fisión – Isótopos útiles – Criticidad y control de la reacción – Elementos de un reactor: combustible, moderador, barras de control. – Generación de electricidad – Tipos de Reactor: Grafito, BWR, PWR – Reactor reproductor.

7.2. Energía Nuclear. Radiactividad y seguridad.

Radiación ionizante – Daños biológicos a corto y largo plazo – Riesgos y seguridad en un Reactor Nuclear – Accidentes: Three Mile Island y Chernobil – Incidente de Vandellós

7.3. Energía Nuclear. El combustible nuclear y los residuos.

El ciclo del combustible nuclear – Enriquecimiento isotópico – Residuos generados – Gestión de las residuos y almacenamiento. – Energía nuclear en España y en el mundo - Comparación con los combustibles fósiles – Energía nuclear en el futuro.

Energías del Futuro

8. La fusión termonuclear

Reacciones de fusión nuclear – Criterio de Lawson – Confinamiento Magnético – Tokamak y Stellarator – proyecto ITER – Confinamiento inercial – Esquema de reactor de fusión – Problemas y futuro de la fusión termonuclear

9. Energía Solar

9.1.Térmica.

Irradiación Solar – Movimiento aparente del Sol y otras variaciones – Usos de la Energía Solar – Energía Solar Pasiva – Paneles térmicos – Concentradores Solares – Centrales Solares de Torre - Generadores solares de Disco – Energía solar térmica y termoeléctrica en España

9.2. Fotovoltaica.

Semiconductores – Efecto fotoconductor y fotovoltaico – Células y paneles fotovoltaicos – Eficiencia – Células multicapa – Instalaciones solares fotovoltaicas – Energía Solar en España – Ventajas e inconvenientes de la Energía Solar

10. Energía Eólica

El viento – Eficiencia máxima de Betz – Tipos de rotor: eje vertical y horizontal – Aerogeneradores – Distribuciones de velocidad del viento – Producción eléctrica – Recursos eólicos – Energía eólica marina – Energía mixta eólico-solar - La energía eólica en España y en el mundo – Ventajas e inconvenientes.

11. Otras fuentes de Energía

Flujos de energía en la Tierra – Biomasa – Biogás, bioalcohol y biodiesel – Energía Geotérmica – Energía térmica de los Océanos – Energía de la mareas – Energía de las olas – Discusión de posibles ventajas e inconvenientes.

Otros temas necesarios

12. Almacenamiento de energía.

Necesidad de almacenar energía – Eficiencia y tipos de almacenamiento. – Baterías eléctricas – Pilas de combustible – El hidrógeno – Volantes de inercia – Aire comprimido - Superconductores

13. Ahorro energético

El ahorro como fuente de energía – Ahorro en las viviendas: calefacción e iluminación – Ahorro en la agricultura – Ahorro en el transporte - Ahorro en la Industria – Cogeneración – Reciclado de materiales

14. El Futuro energético.

Prever el futuro. – Extrapolar la realidad – Crecimiento del consumo energético. - Sustitución de la gasolina: nuevos automóviles – Generación de electricidad futura – Calentamiento global y coste de la energía - Conclusiones.