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Academic Year/course: 2021/22

66335 - Energy efficiency


Syllabus Information

Academic Year:
2021/22
Subject:
66335 - Energy efficiency
Faculty / School:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Degree:
330 - Complementos de formación Máster/Doctorado
535 - Master's in Renewable Energies and Energy Efficiency
ECTS:
8.0
Year:
330 - Complementos de formación Máster/Doctorado: XX
535 - Master's in Renewable Energies and Energy Efficiency: 1
Semester:
First semester
Subject Type:
535 - Compulsory
330 - ENG/Complementos de Formación
Module:
---

1. General information

2. Learning goals

3. Assessment (1st and 2nd call)

4. Methodology, learning tasks, syllabus and resources

4.1. Methodological overview

The methodology followed in this course is oriented towards achievement of the learning objectives. A wide range of teaching and learning tasks are implemented, such as lectures, problem-solving activities, computer practice sessions and guided assignments.

In the lectures the basic concepts are explained and interrelated with short exercises on the board. This serves as support to assure the understanding of the concepts explained. 

The practice sessions consist of computer sessions in which practical cases more complex  than those presented on the board are studied. Thus, these sessions reinforce and complete the contents developed during the lectures. In these sessions, several cases will be solved through the use of various computer tools, with the support and help of the teacher. Students will be provided with instructions for each practice session, which they will have previously read and prepared.

The guided assignments are an expansion of the practice sessions, in which student solve larger problems than those done in the practice sessions. Thus, the autonomous learning of the students is encouraged. Students will be provided with the necessary tools for the development of these tasks. On the one hand, one assignment will be considered on the topic of thermal energy efficiencty, related to a cogeneration system. On the other hand, a few brief assignments will be required on the topic of electrical energy efficiency.

In tutorials, the students can voluntarily attend to the teacher's office during office hours in order to ask questions about the course contents. Its use is highly recommended to ensure adequate progress in the learning process.

4.2. Learning tasks

The course includes the following learning tasks: 

  • A01 Lectures (40 hours). Presentation of theoretical contents by a faculty or by external experts to all students enrolled in the course. Although it is not a mandatory activity, regular attendance is highly recommended.
  • A02 Problem and case solving (20 hours). Solve practical problems and exercises with all the students. Although it is not a mandatory activity, regular attendance is highly recommended.
  • A03 Laboratory sessions (20 hours). Students will work actively in groups to solve practical exercises.
  • A06 Guided assignments (32 hours). Students will complete assignments, problems and exercises related to concepts seen in laboratory sessions and lectures.
  • A07 Autonomous work (80 hours). Students are expected to spend about 80 hours to study theory, solve problems and prepare lab sessions
  • A08 Assessment (8 hours).

The indicated hours are for guidance and will be adjusted depending on the academic calendar.
At the beginning of the course, lecturers will communicate the schedule of practice sessions, which will be set according to the syllabus and the availability of laboratories and computer rooms.

4.3. Syllabus

The course will address the following topics:

SECTION 1. THERMAL SYSTEMS ENGINEERING (5 ECTS)

TOPIC 1. COMBUSTION TECHNOLOGY AND ITS APPLICATIONS

  • Basic Thermodynamics (supplementary material).
  • Mass and energy balance in combustion. 
  • Boilers. Classification and types. Fuels.
  • Thermal efficiency in boilers. Calculations and methods. 
  • Energy saving in boilers. 
  • Energy saving in boilers. Industrial experiences.

TOPIC 2. THERMAL INSULATION

  • Insulation materials.
  • Economic optimization of insulation thickness.
  • Insulation application and protection.

TOPIC 3. HEAT EXCHANGER NETWORKS

  • Heat carrying medium.
  • Pumping devices.
  • Ducts, valves and ancillary devices.
  • Design and optimization of heat exchanger networks.

TOPIC 4. COOLING

  • Cooling technologies depending on applications.
  • Basic engineering in cooling installations.
  • Refrigerants to use in cooling technologies.

TOPIC 5. POWER GENERATION

  • Introduction to thermal turbomachinery: turbines and compressors.
  • Integration of thermal machinery in power generation systems: steam cycles, gas turbines, internal combustion engines, fuel cells…

TOPIC 6. ENERGY EFFICIENCY IN BUILDINGS

1. Fundamentals and Energy Performance Certification Regulations

  • Certification procedures for new and existing buildings: general and simplified options.
  • Rating scale and energy indicators.
  • Basics of energy efficiency in buildings.

2. Simplified Methodology for Energy Performance Certification of Existing Buildings - CE3X

  • General data.
  • Definition of the thermal envelope and installations.
  • Rating and assessment of improvements.
  • Economic analysis and solution of practical exercises: residential, small and large tertiary buildings.

3. Energy Audits in Buildings

  • Identification of thermal and electrical energy consumptions.
  • Measurement and quantification of energy consumption. Energy flows diagram.
  • Energy Billing.
  • Techniques for the development and presentation of an energy audit.
  • UNE 216501and UNE-EN 16247-2 - Energy Audits.

 

SECTION 2. ELECTRICAL ENGINEERING (3 ECTS)

TOPIC 1. Energy Efficiency in electrical systems

  • Introduction
  • Definitions
  • Current situation of the Energy Efficiency in electrical systems
  • Mechanisms of electrical losses

TOPIC 2. Efficiency in generation systems and in power lines

  • Efficiency in power generation
  • Efficiency in transport lines
  • Efficiency in distribution systems
  • Efficiency in inner lines
  • Inefficiencies and non-active component of the current
  • Power factor compensation
  • Demand side management and supply side management

TOPIC 3. Efficiency in electrical machines

  • Efficiency in design of electrical motors
  • Efficiency in adjustable speed drives
  • Efficiency in power Transformers

TOPIC 4. Efficiency in lighting systems, domestic appliances and other electric equipment

4.4. Course planning and calendar

Reports of assignments must be submitted before the final written exam date, which will take place in the corresponding official calls.

Further information concerning the timetable, classroom, assessment dates and other details regarding this course, will be provided on the first day of class or please refer to the EINA website.


Curso Académico: 2021/22

66335 - Eficiencia energética


Información del Plan Docente

Año académico:
2021/22
Asignatura:
66335 - Eficiencia energética
Centro académico:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Titulación:
330 - Complementos de formación Máster/Doctorado
535 - Máster Universitario en Energías Renovables y Eficiencia Energética
Créditos:
8.0
Curso:
535 - Máster Universitario en Energías Renovables y Eficiencia Energética: 1
330 - Complementos de formación Máster/Doctorado: XX
Periodo de impartición:
Primer semestre
Clase de asignatura:
535 - Obligatoria
330 - Complementos de Formación
Materia:
---

1. Información Básica

1.1. Objetivos de la asignatura

Es una asignatura que puede considerarse transversal, en el sentido de que  los conocimientos adquiridos en la misma serán imprescindibles para el resto de asignaturas del máster, ya que permite evaluar las prestaciones energéticas y el valor de referencia de la mejor tecnología disponible para esa funcionalidad prevista.

El objetivo general de la asignatura es por tanto presentar los diferentes sistemas tanto térmicos como eléctricos en los diversos usos desde el punto de vista de la eficiencia, la integración de procesos y el ahorro energético, describiendo los sistemas energéticos de mayor relevancia y las técnicas existentes de mejora y optimización de procesos (esto último se incluye en otra asignatura optativa, dada su extensión).

Estos planteamientos y objetivos están alineados con algunos de los Objetivos de Desarrollo Sostenible, ODS, de la Agenda 2030 (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/) y determinadas metas concretas, de tal manera que la adquisición de los resultados de aprendizaje de la asignatura proporciona capacitación y competencia al estudiante para contribuir en cierta medida a su logro:

  • Objetivo 7: Energía asequible y no contaminante
    • Meta 7.1. De aquí a 2030, garantizar el acceso universal a servicios energéticos asequibles fiables y modernos
    • Meta 7.2. De aquí a 2030, aumentar considerablemente la proporción de energía renovables en el conjunto de fuentes energéticas
    • Meta 7.3. De aquí a 2030, duplicar la tasa mundial de mejora de la eficiencia energética
  • Objetivo 9: Construir infraestructuras resilientes, promover la industrialización inclusiva y sostenible y fomentar la innovación
    • Meta 9.5. Aumentar la investigación científica y mejorar la capacidad tecnológica de los sectores industriales de todos los países, en particular los países en desarrollo, entre otras cosas fomentando la innovación y aumentando considerablemente, de aquí a 2030, el número de personas que trabajan en investigación y desarrollo por millón de habitantes y los gastos de los sectores público y privado en investigación y desarrollo
  • Objetivo 11: Lograr que las ciudades y asentamientos humanos sean inclusivos, seguros, resilientes y sostenibles
    • Meta 11.3 De aquí a 2030, aumentar la urbanización inclusiva y sostenible y la capacidad para la planificación y la gestión participativas, integradas y sostenibles de los asentamientos humanos en todos los países

1.2. Contexto y sentido de la asignatura en la titulación

Esta asignatura básica permite al alumno establecer las bases de la eficiencia energética de los equipos de conversión energética. Sin esta formación fundamental, el alumno no será capaz de saber a ciencia cierta si la utilización final de la energía se está realizando de forma eficiente, independientemente del origen primario de dicha energía. Es por tanto una asignatura básica para comprender el sentido final del concepto del uso eficiente de los recursos energéticos y materiales, finitos la mayoría de ellos.

1.3. Recomendaciones para cursar la asignatura

Se asumen obtenidos los conocimientos y destrezas de la asignatura Fundamentos de ingeniería eléctrica y energética.

2. Competencias y resultados de aprendizaje

2.1. Competencias

En esta asignatura, el estudiante desarrollará las siguiente competencias:

1: Competencias específicas:

  • CE1: Determinar  la eficiencia energética de equipos y sistemas eléctricos (incluyendo transporte y distribución) y de los procesos en los que intervienen, aplicando las normativas apropiadas para su determinación: diseño de ensayos, instrumentación y realización de los cálculos necesarios.
  • CE2: Determinar  la eficiencia energética de equipos y sistemas térmicos y de los procesos en los que intervienen, aplicando las normativas apropiadas para su determinación: diseño de ensayos, instrumentación y realización de los cálculos necesarios.
  • CE3: Conocer de la normativa española y europea relativa a eficiencia energética y producción en régimen especial y su aplicación.
  • CE6: Ser capaz de calcular el consumo energético de una actividad de cualquier tipo (incluidos sector industrial, servicios, residencial, transporte y  los procesos de generación, transporte y distribución de electricidad), tanto instantáneo como en un periodo de tiempo representativo, y proponer las medidas adecuadas para la disminución del consumo de energía primaria asociado a la misma, especialmente energía de origen no renovable.

2: Competencias generales:

  • CG1: Es capaz de adquirir conocimientos avanzados y demostrando, en un contexto de investigación científica y tecnológica o altamente especializado, una comprensión detallada y fundamentada de los aspectos teóricos y prácticos y de la metodología de trabajo en el ámbito de las energías renovables y la eficiencia energética.
  • CG2: Es capaz de aplicar e integrar sus conocimientos, la comprensión de estos, su fundamentación científica y sus capacidades de resolución de problemas en entornos nuevos y definidos de forma imprecisa, incluyendo contextos de carácter multidisciplinar tanto investigadores como profesionales altamente especializados en el ámbito de las energías renovables y la eficiencia energética.
  • CG3: Es capaz de evaluar y seleccionar la teoría científica adecuada y la metodología precisa de sus campos de estudio para formular juicios a partir de información incompleta o limitada incluyendo, cuando sea preciso y pertinente, una reflexión sobre la responsabilidad social o ética ligada a la solución que se proponga en cada caso en el ámbito de las energías renovables y la eficiencia energética.
  • CG5: Es capaz de transmitir de un modo claro y sin ambigüedades a un público especializado o no, resultados procedentes de la investigación científica y tecnológica o del ámbito de la innovación más avanzada, así como los fundamentos más relevantes sobre los que se sustentan en el ámbito de las energías renovables y la eficiencia energética.

2.2. Resultados de aprendizaje

El estudiante, para superar esta asignatura, deberá demostrar los siguientes resultados...

  • Conoce los fundamentos de la eficiencia energética y su relación con el ahorro energético en los distintos subsistemas eléctricos.
  • Dispone de las habilidades para realizar estudios, profundizando en los conocimientos sobre los mecanismos de pérdidas en los distintos equipos eléctricos.
  • Conoce los distintos sistemas de producción de calor, trabajo y frío, a partir de energías renovables y combustibles fósiles, y sus principales equipos y tecnologías auxiliares asociadas.
  • Es capaz de calcular de forma aproximada la eficiencia energética de equipos y procesos.
  • Es capaz de proponer mejoras de eficiencia en sistemas o procesos consumidores de energía,  estimar los beneficios económicos asociadas a las mismas y realizar una evaluación económica de la inversión necesaria.
  • Es capaz de elaborar y presentar un informe preliminar sobre la auditoría energética de un edificio, y conoce la normativa básica relativa a la certificación energética de edificios, cuya evaluación se lleva a cabo a través de la utilización de los programas reconocidos oficialmente para ello.

2.3. Importancia de los resultados de aprendizaje

El alumno, tras superar la asignatura, sabrá en todo momento si las prestaciones del equipo térmico o eléctrico que pueda analizar en el futuro son adecuadas a sus condiciones de diseño para el que se proyectó. También será capaz de realizar estudios de viabilidad sobre la implantación de medidas de ahorro y eficiencia energética, en distintos sistemas, y en especial en edificios, donde además serán capaces de establecer su calificación energética según la normativa.

Además, aprenderá el uso de herramientas específicas en el ámbito de la ingeniería eléctrica, térmica (EES) y de certificación energética en la edificación (CE3X).

3. Evaluación

3.1. Tipo de pruebas y su valor sobre la nota final y criterios de evaluación para cada prueba

La valoración de la asignatura seguirá una evaluación continua, que combina el examen teórico (50% del total), la evaluación de las prácticas de la asignatura (20% del total) y de los trabajos de la asignatura (30%).

El examen teórico constará de dos partes: Eficiencia Energética en Sistemas Eléctricos y Eficiencia Energética en Sistemas Térmicos. La nota final del examen se calculará mediante el promedio ponderado de las notas obtenidas en cada una de estas partes teniendo en cuenta el número de ECTS de cada una de ellas. Para realizar este promedio deberá obtenerse una nota superior a 4.0 puntos sobre 10.0 en cada una de las partes.

En el caso del trabajo, habrá uno de ingeniería eléctrica y otro de ingeniería térmica.

Teniendo en cuenta que la normativa de evaluación de UNIZAR que en caso de evaluación continua obliga a poner una prueba global, para el caso de no superar la asignatura con esta modalidad, se hará un examen conjunto de conceptos teóricos (80%) y aplicaciones prácticas desarrollados en la asignatura (20%), con una duración de 3 horas. Para realizar este cálculo, el estudiante deberá obtener una nota mínima de 4 puntos en cada una de las partes del examen.

4. Metodología, actividades de aprendizaje, programa y recursos

4.1. Presentación metodológica general

El proceso de aprendizaje que se ha diseñado para esta asignatura se basa en lo siguiente:

En las sesiones de teoría se explican los conceptos básicos y se relacionan con las características técnicas de los procesos utilizando ejercicios cortos que se resuelven en la pizarra, sirviendo de apoyo para fijar la comprensión de los conceptos. En ambos casos la metodología son clases magistrales.

En las sesiones prácticas se combinan los experimentos de laboratorio con sesiones de ordenador en la que se estudian casos prácticos más complejos que los presentados en la pizarra, donde es necesaria para su resolución cierta potencia de cálculo.

En el caso térmico, se centrará en el análisis de un sistema de cogeneración, pudiendo incluir otros aspectos. En el caso eléctrico, serán varios pequeños trabajos de posibilidades de mejora de eficiencia energética en instalaciones de generación, distribución y uso de energía eléctrica

4.2. Actividades de aprendizaje

Con objeto de que los alumnos alcancen los resultados de aprendizaje descritos anteriormente y adquieran las competencias diseñadas para esta asignatura, se proponen las siguientes actividades formativas:

  • A01. Clase magistral (40 horas): exposición de contenidos por parte del profesorado o de expertos externos a todos los alumnos de la asignatura.
  • A02. Resolución de problemas y casos (20 horas): realización de ejercicios prácticos con todos los alumnos de la asignatura.
  • A03. Prácticas de laboratorio (20 horas): realización de ejercicios prácticos en grupos reducidos de alumnos de la asignatura.
  • A06. Trabajos docentes (32 horas).
  • A07. Estudio (80 horas).
  • A08. Pruebas de evaluación (8 horas).

Las horas indicadas son de carácter orientativo y serán ajustadas dependiendo del calendario académico del curso.

A principio de curso se informará del calendario de sesiones prácticas, que se fijará según el avance del programa y la disponibilidad de laboratorios y salas informáticas. 

4.3. Programa

El programa de contenidos es el siguiente:

INGENIERÍA TÉRMICA (5 ECTS)

TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN Y APLICACIONES

  • Termodinámica básica (material complementario).
  • Balance de materia y energía en la combustión. 
  • Clasificación y tipos de calderas. Combustibles.
  • Cálculo de rendimiento. 
  • Ahorro energético en calderas. 
  • Análisis energético de hornos. Experiencias industriales 

AISLAMIENTO TÉRMICO  

  • Materiales termoaislantes.
  • Optimización económica del espesor de aislamiento.
  • Aplicación y protecciones del aislamiento.

REDES DE INTERCAMBIO TÉRMICO  

  • Tipo de sustancias caloportadoras.
  • Equipos de impulsión.
  • Tuberías, válvulas y equipos auxiliares.
  • Diseño y optimización de redes de intercambio de calor.

PRODUCCIÓN DE FRÍO

  • Tecnologías de frío según aplicaciones.
  • Equipamiento básico en instalaciones de frío.
  • Refrigerantes a utilizar según las tecnologías.

PRODUCCIÓN DE TRABAJO

  • Introducción a las turbomáquinas térmicas: turbinas y compresores.
  • Integración de las máquinas térmicas en sistemas de producción de energía: ciclos de vapor, turbinas de gas, motores alternativos de combustión interna, pilas de combustible, etc.

EFICIENCIA ENERGÉTICA EN LA EDIFICACIÓN

1. Fundamentos y Normativa de la Certificación Energética

  • Procedimientos de certificación de edificios nuevos  y existentes: opciones general y simplificada.
  • Escala e indicadores energéticos de la calificación.
  • Fundamentos básicos de eficiencia energética en la edificación.

2. Metodología Simplificada para la Certificación Energética de Edificios Existentes – CE3X

  • Datos generales.
  • Definición de la envolvente térmica e instalaciones
  • Calificación y evaluación de mejoras
  • Análisis económico y resolución de ejercicios prácticos: edificio residencial, pequeño terciario y gran terciario.

3. Auditorías Energéticas en Edificios

  • Identificación de sistemas consumidores de energía Térmica y Eléctrica.
  • Medición y cuantificación de consumos energéticos. Diagrama de flujos energéticos.
  • Facturación energética.
  • Técnicas para la elaboración y presentación de una auditoría energética.
  • Las normas UNE 216.501 y UNE-EN 16247-2  - Auditorías Energéticas.

 

INGENIERÍA ELÉCTRICA (3 ECTS)

EFICIENCIA ENERGÉTICA EN SISTEMAS ELÉCTRICOS

  1. Introducción
  2. Eficiencia en sistemas de generación y líneas eléctricas
    • Eficiencia en sistemas de generación eléctrica
    • Eficiencia en líneas de transporte
    • Eficiencia en redes de distribución.
    • Ineficiencias y componentes no activas de la corriente
    • Efecto de la compensación de factor de potencia
    • Gestión del lado de la demanda y del lado de la red
  3. Eficiencia en los puntos de consumo
    • Eficiencia en el diseño de motores eléctricos
    • Eficiencia con accionamientos industriales
    • Eficiencia en transformadores eléctricos
    • Eficiencia en sistemas de iluminación, electrodomésticos y otros equipos eléctricos

4.4. Planificación de las actividades de aprendizaje y calendario de fechas clave

Calendario de sesiones y presentación de trabajos

El calendario de sesiones y presentación de trabajos seguirá de forma provisional el horario oficial del centro (ver web apartado anterior).

No obstante, durante el primer día de clase se informará del calendario y la planificación definitiva de la asignatura, incluyendo fechas de exámenes si son definitivos por el Centro en ese momento.

Asignatura de primer cuatrimestre (8 ECTS). Prevista la impartición de 7 horas semanales (3 h para EE en sistemas eléctricos, 4 h para EE en sistemas térmicos y edificación)

Para consultar las fechas definitivas de su impartición, se remite al link de la web oficial del centro donde se impartirán los estudios: http://intraneteina.unizar.es/intraneteina/index.php?r=gestionHorasN/view_ext&id=212

4.5. Bibliografía y recursos recomendados

http://psfunizar10.unizar.es/br13/egAsignaturas.php?codigo=66335