Investigación y desarrollo tecnológico de energías renovables en la ...
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Universidad Autónoma de Baja California
Investigación y desarrollo tecnológico de energías renovables en la UABC
Tuxtla G. Chiapas, Junio 2009
Dr. Nicolás Velázquez LimónCentro de Estudios de las Energías RenovablesInstituto de Ingeniería, UABC
10ª Feria de Posgrados Mexicanosde Calidad, CONACYT
Programa de Maestría y Doctoradoen Ciencias e Ingeniería
MyDCI
Agenda
IntroducciónPrograma de Maestría y Doctorado en Ciencias e Ingeniería (MyDCI)Misión y objetivos del Centro de Estudios de las Energías Renovables (CEENER) del Instituto de Ingeniería de la UABC.Áreas de investigación y desarrollo.Problemática y justificación de los proyectos del CEENER.
Proyectos en procesoUso directo de las energías renovables.Generación distribuida de energía eléctrica y biocombustibles.Edificación sustentable.
Plan de acciónFormar recursos humanos especializados altamente calificados en investigación aplicada, desarrollo de tecnologías energéticas e innovación. Acciones de apoyo a la comunidad
Conclusiones
Universidad Autónoma de Baja California
Facultad de Ciencias Químicas e Ingeniería
Las unidades académicas participantes serán:
Facultad de Ingeniería Ensenada
Facultad de Ingeniería Mexicali
Maestría y Doctorado en Ciencias e Ingeniería
Instituto de Ingeniería
Creando de esta manera un PosgradoInstitucional con alcance
estatal, nacional e internacional
Universidad Autónoma de Baja California
Comité académico en ciencias Eléctrica
Educación Superior en Ingeniería
Química
Nanotecnología
Maestría y Doctorado en Ciencias e Ingeniería
Comité académico en ingeniería
El Comité Académico (CA) definirá el grado
Problemas ambientales en geo-cienciasResiduos sólidosContaminación de agua y sueloEnergías renovables y tecnologías solaresEnergía y medio ambiente
BiocombustiblesBioquímicaCorrosión y materialesElectroquímica aplicadaIngeniería de procesosMicrobiología industrialSemiconductores y nano materiales
Bioingeniería y salud ambientalComunicaciones inalámbricasComunicaciones ópticas y opto electrónicaControl automáticoControl robusto linealInstrumentación en bioingenieríaÓptica y opto electrónica
Procesos de educación en ingeniería
SACC
CONDICIONES DEL PROGRAMA
Doctores Maestros TOTALFCQI 18 14 32FIE 4 18 22 FIM 10 10 20II 30 7 37TOTAL 30 51 111
Planta académica
Medio Ambiente
Química y física computacionalesaplicadas a nanomaterialesEstudios teóricos de transporte electrónico
ComputaciónCómputo móvil y ubicuoIngeniería de softwareSimulación socialSistemas inteligentes
Universidad Autónoma de Baja California
Maestría y Doctorado en Ciencias e Ingeniería
Estudiantesolicita ingreso
disciplina X
El subcomité de X revisa el caso
Cumple con requisitosAcadémicos
Cuenta con proyecto de tesis apoyado por un sector demandante o acepta
incorporarse a un proyecto de las unidades Académicas
participantes
El proyecto de tesis es la solución a un problema de
ingeniería
El proyecto de tesis es una investigación básica
El SACC recomienda la aceptación para el grado de
M.I. ó Dr. en Ingeniería
El SACC recomienda la aceptación para el grado de
M.C. ó Dr. en Ciencias
El Comité Académico de Ingeniería acepta al
aspirante
El Comité Académico de Ciencias acepta al
aspirante
PROCESO DE SELECCION
PROGRAMA
Universidad Autónoma de Baja California
Maestría y Doctorado en Ciencias e Ingeniería
Materias del posgrado que soportan los proyectos en Energías Renovables:
1. Cambio Climático.2. Fuentes Renovables de Energía.3. Energía Solar Térmica.4. Energía Solar Fotovoltaica5. Óptica Solar.6. Energía de la biomasa7. Refrigeración y Aire Acondicionado Solar.8. Simulación de Procesos de Tecnologías Energéticas Limpias.9. Ingeniería Termodinámica de los Procesos Energéticos Limpios.10. Tópicos de transferencia de calor.11. Métodos numéricos avanzados/Inteligencia artificial.
Centro de Estudios de las Energías Renovable(CEENER)
El CEENER es un Centro Tecnológico de “I+D+I” orientadoa aplicar el conocimiento y el factor humano de nuestroestado en el aprovechamiento de los recursos energéticosrenovables, así como al desarrollo de tecnologías limpias.
MISIONEl CEENER tiene como misión realizar investigación
aplicada y desarrollos tecnológicos de futuro para elaprovechamiento de las energías renovables, contribuyendoen la creación de tecnología avanzada para obtener undesarrollo sustentable con tecnologías propias.
El trinomio energía, agua y ambiente convergen en elCEENER, ya que por medio de las tecnologías energéticaslimpias, se pueden satisfacer las necesidades de energía yagua de los diferentes sectores, respetando el ambiente.
OBJETIVO GENERALConvertir al CEENER en una fuente generadora dealternativas tecnológicas sustentables, con lo cual se creennuevas empresas nacionales o fortalezcan las yaexistentes y se contribuya en la resolución de nuestrosproblemas energéticos, ambientales y económicos,impulsando el desarrollo económico y sustentable de laentidad.
Centro de Estudios de las Energías Renovable(CEENER)
OBJETIVOS DEL CEENER
• Impulsar las pequeñas y medinas empresas regionalesque fabriquen y comercialicen equipos para elaprovechamiento de las energías renovables.
• Satisfacer demandas específicas de investigaciónaplicada, desarrollo tecnológico e innovación para contribuir aaumentar el nivel de competencia internacional de lasempresas nacionales.
• Tener una vinculación directa con las empresas ygobierno para solucionar problemas energéticos en el ámbitode la competitividad internacional y requerimientos oproblemática de la sociedad.
• Formar recursos humanos especializados altamentecalificados en investigación aplicada, desarrollo de tecnologíasenergéticas limpias e innovación en el ámbito energético, asícomo en la transferencia tecnológica de los productos de lainvestigación.
Centro de Estudios de las Energías Renovable (CEENER)
AREAS DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO
• INVESTIGACIÓN APLICADA Y DESARROLLO DE TECNOLOGÍA SOLAR FOTOTERMICA Y FOTOVOLTAICA PARA APLICACIONES RESIDENCIALES, AGRICOLAS E INDUSTRIALES.
• DESARROLLO DE TECNOLOGÍA DE SISTEMAS TÉRMICOS DE REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO POR ABSORCION, ADSORCIÓN Y DESECANTE.
• ESTUDIO Y DESARROLLO DE TÉCNICAS DE PROCESAMIENTO Y REUTILIZACIÓN DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS ORGÁNICOS Y METÁLICOS APLICANDO LA ENERGÍA SOLAR TÉRMICA.
El objetivo aparte del desarrollo tecnológico es realizar planteamientos, evaluaciones y experimentación con aplicaciones de la energía solar térmica y sistemas avanzados de
enfriamiento termosolar (refrigeración y aire acondicionado solar).
NUESTRO DESARROLLO COMO
SERES HUMANOS ESTA BASADO EN
PROCESOS INEFICIENTES Y
CONTAMINANTES
LOS PATRONES ACTUALES DE
GENERACIÓN ELÉCTRICANO SON SUSTENTABLES DEBIDO A SUS GRANDES EFECTOS AMBIENTALES.
Problemática que justifica la cartera de proyectosdel CEENER
TERMOELECTRICAINDUSTRIA DEL PETROLEO
La demanda de acondicionamiento térmico deespacios tiene un fuerte impacto, tanto en el sectoreléctrico como en nuestro ambiente y sociedad.
- Contaminación.- Temperatura Media.- Demanda Eléctrica.- Demanda de Refrigeración y Aire Acondicionado.- Costo Social.
CONTAMINACIÓN(efecto invernadero)(daño capa de ozono)
GENERACIÓN DEENERGÍA ELÉCTRICA
DEMANDA DE REFRIG.Y AIRE ACONDICIONADO
CALENTAMIENTODE LA TIERRA
a) Círculo vicioso b) Espiral ascendente de la problemática
TECNOLOGIA ACTUAL NO SOSTENIBLE DEL SECTOR ENERGÉTICO Y A/C
Descripción de la problemática regional
JUSTIFICACIÓN DE LA CARTERA DE PROYECTOS DEL CEENER
PROBLEMATICA
RENOVABLESTIERRA
DISPONIBLEMERCADO
POTENCIAL.
BIOMASAGEOTERMICA E HIDRAULICA
OCEANICA O
MARITIMA
EOLICA
SOLAR
SOCIAL
CLIMA EXTREMOSO
YDEPENDENCIA
COMBUSTIBLES FÓSILES
ECONOMICA
AMBIENTAL
ENERGETICA
RECURSOS
TECNOLOGÍAS
TECNOLOGÍAS SUSTENTABLESY PLAN ESTRATEGICO
OPORTUNIDADES
Las Energías Renovables como una alternativa para
la conservación del Medio Ambiente
Identificar y aprovechar las oportunidades que ofrecen las energías
renovables
CENTRO DE ESTUDIOS DE LAS ENERGIAS RENOVABLESPROYECTOS EN PROCESO:
PROYECTOS (Líneas de investigación)Avance
(%)Inversión requerida(pesos $)
BeneficioSocial(1-5)
BeneficioAmbiental
(1-5)OBSERVACIONES
USO DIRECTO DE LAS ENERGÍAS RENOVABLES:1. Desarrollo de un sistema de aire acondicionado
solar por absorción avanzado.2. Enfriamiento evaporativo con desecante y
regeneración solar para el acondicionamiento de aire en la vivienda de Mexicali.
3. Desarrollo de un sistema de enfriamiento solar intermitente para zonas remotas o alejadas de la red eléctrica.
4. Desarrollo de sistemas de automatización inteligentes para unidades de refrigeración por absorción avanzadas activadas con energía solar.
5. Desarrollo de un sistema de generación directa de vapor solar con tecnologías de concentración avanzadas.
6. Desarrollo de un banco de pruebas de colectores solares térmicos multipropósito, estandarizado con normas internacionales.
7. Desarrollo de un sistema de calentamiento solarpara aplicaciones Industriales
8. Transporte de la energía solar con fibra óptica
60
80
20
40
50
85
40
25
1,350,000.
990,000.
950,000.
500,000.
990,000.
750,000.
950,000.
780,000.
5
4
5
4
3
3
2
4
5
3
5
4
5
4
5
4
Los resultados de los proyectos pueden ser aplicados en los diferentes sectores de la sociedad.Todos los proyectos son de desarrollo de tecnologías limpias, con innovación como para que puedan ser patentables.
CENTRO DE ESTUDIOS DE LAS ENERGIAS RENOVABLESPROYECTOS EN PROCESO:
PROYECTOS (Líneas de investigación)Avance
(%)
Inversión requerida(pesos $)
BeneficioSocial(1-5)
BeneficioAmbiental
(1-5)OBSERVACIONES
GENERACIÓN DISTRIBUIDA DE ENERGÍA ELÉCTRICA Y BIOCOMBUSTIBLES:1. Desarrollo de un sistema de generación eléctrica
mediante colector solar de disco parabólico y motor Stirling.
2. Desarrollo de un concentrador solar con foco estacionario y sistema de seguimiento robusto para aplicaciones de generación eléctrica
3. Diseño, construcción y estudio experimental de biodigestores anaeróbicos para la producción de biogás.
60
30
70
1,290,000.
880,000.
970,000.
5
4
3
5
5
5
Proyectos con aplicación en los sectores residencial, comercial, industrial y agrícola.
EDIFICACIÓN SUSTENTABLE:1. Diseño y evaluación de una vivienda
energéticamente sustentable.TOTAL:
90 1,650,000.
11,650,000
5 5Pendiente desarrollar un proyecto demostrativo.
Aprovechamiento de los recursos energéticos renovables, así como el desarrollo de tecnologías limpias.
CONCEPTO (PLAN ESTRATEGICO)
IMPLEMENTACIÓN
PROYECTOS DE DESARROLLOTECNOLÓGICO
(LES-II-UABC)
APORTACIONDE LA
INICIATIVAPRIVADA
Apoyos del
Gobierno a Proyectos
Específicos
SUBSIDIOS
A LA
ENERGÍA
OTRAS CONV. CONACYT
FOMIX
Gobierno/
CONACYT
BENEFICIOS
AMBIENTALES
(Bonos de Carbono)
PLANESTRATÉGICO DE
IMPLEMENTACIÓNDE LAS
TECNOLOGÍASImplementación
Masiva de lasTecnologías
SOCIEDAD
CONVENIO:
Empresa, Gobierno y
UABC
CREACIÓN DE LA EMPRESA
(Generación de empleos)
PROYECTO
TECNOLOGÍA
CENTRO DE “I+D+I”Generador de soluciones
SOLUCIONES
Las Energías Renovables como una alternativa para resolver los problemas de
la sociedad.
Edificación Energéticamente
SustentableEstufasSolares
Aire caliente para secado
de ropa
Refrigerador Solar
Aire Acondiciona
do Solar
Investigación aplicada y desarrollo tecnológico,
Diseño de vivienda con arquitectura de bajo consumo energético.
Formación de recurso humano especializado y entrenamiento
técnico
PROPUESTA DE EDIFICACIONES SUSTENTABLES Y ENERGÉTICAMENTE AUTOSUFICIENTES
NUEVAS TECNOLOGÍAS ENERGÉTICAS SUSTENTABLES(Deben de integrarse a la arquitectura urbana)
CD
CA
CD
Concepto deGENERACIÓN DISTRIBUIDA
DIGESTION ANAEROBIA EN EL CEENER DE LA UABC
Investigación en el CEENER de la UABC
PLANTA PILOTO DE BIODIGESTION
EL METANO ES PRODUCIDO POR BACTERIAS QUE
DEGRADAN LOS DESECHOS
El residuo puede ser utilizado como fertilizante
DESARROLLO DE UN SISTEMA DE CALENTAMIENTO SOLAR TIPO CPC PARA SUMINISTRAR ENERGÍA TÉRMICA A UN BIODIGESTOR ANAERÓBICO PARA OBTENCIÓN DE BIOGÁS
PLANTA PILOTO DE BIODIGESTION
PROYECTOS EN DESARROLLO EN UABC
Instituto de Ingeniería, UABC
Gisela Montero Alpí[email protected]
Tel. (52-686) 6-564150Mexicali, B.C. México
Biocombustibles y Biomasa
Universidad Autónoma de Baja California 10ª Feria de Posgrados Mexicanos de Calidad
PRODUCCIÓN DE BIODIESEL
10 millones de litros al año
50 mil toneladasanuales de semillacon un rendimientodel 20% en aceite
6000 toneladas de grasas al año
MATERIA PRIMA PARA PRODUCIR BIODIESEL EN BAJA CALIFORNIA
Universidad Autónoma de Baja California 10ª Feria de Posgrados Mexicanos de Calidad
•El objetivo es utilizar insumos cuyo uso no provoque desabasto de alimentos y revalorice los desechos.
Residuos agrícolas en BC: Paja de trigo
Fuente: Elaboración propia con datos de la Secretaria de Fomento Agropecuario Anuario Estadístico de la Producción Agrícolahttp://www.sfa.gob.mx/estadistica.aspx
Cálculo para contenido deenergía en el residuo de paja detrigo:
Superficie cosechada de trigo:79,961 Hectáreas
Residuo de paja:6 Toneladas por hectárea
Contenido energético de paja:8 MJ por kilogramo.
Cantidad de energía desperdiciada:
3800X106 MJ
Universidad Autónoma de Baja California 10ª Feria de Posgrados Mexicanos de Calidad
Modelación dinámica de la generación de aceites
Evaluación y adaptación de procesos para la obtención de biodiesel.
Evaluación técnico-económica para la instalación de una planta productora de biodiesel en el valle de Mexicali, a partir de insumos propios de la región.
Estudio de adaptación de la Jatropha Curcas a las condiciones del Valle de Mexicali.
Obtención de aceites esenciales utilizando energías renovables y uso de los desechos como biomasa.
Impacto del tráfico vehicular en la prevalencia de asma en la población escolar de Mexicali, B.C.
PROYECTOS EN DESARROLLO EN UABC
Universidad Autónoma de Baja California 10ª Feria de Posgrados Mexicanos de Calidad
Sistema de enfriamiento evaporativo fotovoltaico.
Sistemas y equipos desarrollados en el CEENER
Primer Vecindario Fotovoltaico en México Valle de las Misiones, Mexicali, B.C.
220 casas, 1kW c/u
UNIDADES DE DISCO PARABÓLICO CON GENERADOR DE MOTOR STIRLING
CAPACIDAD DE 7 A 25 KWe
SISTEMA DE GENERACION ELECTRICA TERMOSOLAR
EL DISCO/STIRLING CONSISTE DE UN CONCENTRADOR SOLAR
CON FOCO PUNTUAL ACOPLADO A UN MOTOR/GENERADOR.
Sistema de generación eléctrica termosolar.
MULTIPLES USOS:
- SECTOR RURAL: BOMBEO DE AGUA, COMUNIDADES, AGRICULTURA,
AGROINDUSTRIA, ENTRE OTROS.
UNIDADES DE DISCO PARABÓLICO CONGENERADOR DE MOTOR STIRLING
Diagrama esquemático del sistema
Disponibilidad del recurso
solar
Tecnologías de captación
solar térmica
Tecnologías de sistemas
térmicos de enfriamiento
Edificación: - Evaluación térmica del envolvente
Placa plana
Tubos al vacíoTubos de calorCPC (sin seguimiento)Cilindros parabólicos
Absorción
AdsorciónEnfriamiento
evaporativo con desecante
Criterios Bioclimaticos
SISTEMAS DE AIRE ACONDICIONADO SOLARProducción de frío
Geometría solar.
Análisis horario, diario, mensual y anual de RS.
Análisis climático.
Operado con energía solar o biogás
SISTEMA DE A/A SOLAR-GAX
SISTEMA DE A/A SOLAR-GAX
Generador de disco parabólico para un sistema de aire acondicionado solar(Banco de pruebas de colectores solares con seguimiento en dos ejes)
TECNOLOGÍA DE ENFRIAMIENTO EVAPORATIVO CON DESECANTE
Casa
ILUMINACION CON FIBRA OPTICA
Colectores planos y Tubos Evacuados para calentamiento de agua
solar.
EVALUACION DE COLECTORES SOLARES
Certificación de colectores solares para
hipotecas verdes de INFONAVIT
DISEÑO DE VIVIENDA ENERGÉTICAMENTE EFICIENTE
FACHADA PRINCIPAL PLANTA DE CONJUNTO
PLANTA BAJA PLANTA ALTA
SISTEMA DE CLIMATIZACIÓN SOLAR
Aire acondicionado, calefacción y agua caliente solar.
YAZAKI
Planeación, desarrollo y financiamiento de edificaciones residenciales y comerciales sustentables.
PLAN DE ACCIONES DE APOYO DEL “CEENER”
Plan de acciones de apoyo para la transición energética y desarrollo sustentable del estado:
Formación de la Mesa de TrabajoCreación de un plan estratégico para la sustentabilidad y
autosuficiencia energética de diferentes sector del Estado.Realización de los proyectos para la sustentabilidad y
autosuficiencia energética.
Acciones de apoyo a la comunidad.
CONCLUSIONES
Es necesario que los Posgrados Nacionales incluyan la formación deprofesionales en el campo de las Energías Renovables para afrontar elreto de ofrecer a la sociedad un crecimiento sustentable con energíaslimpias y tecnologías propias.
Uniendo fuerzas la Universidad (UABC), Gobierno y Sector Privado, sepuede dotar a las instituciones que ofrecen los posgrados de toda lainfraestructura requerida; los terrenos, el edificio y el equipamiento delos laboratorios especializados, lo cual son elementos básicos paratener un buen desempeño y dar resultados de alta calidad.
Con la formación del CEENER en Baja California se logrará obtener unafuente generadora de alternativas tecnológicas nacionales y lacomercialización de las mismas creará empleos, fortalecerá laeconomía nacional y contribuirá en la resolución de nuestrosproblemas.
CONCLUSIONES (CONT.)
Queremos que los empresarios participen enel CEENER y lo perciban como un fuerte apoyopara resolver sus problemas energéticos yambientales, pero principalmente como unsocio que puede darles posibilidades denuevos y mejores negocios.
GRACIAS
Enero 2009
Gracias por su atenciónDr. Nicolás Velázquez LimónProfesor-InvestigadorJefe del Laboratorio de Energía SolarJefe del Departamento de Tecnologías Limpias y Medio Ambiente ,Instituto de IngenieríaUniversidad Autónoma de Baja California
Dirección:Edif. Instituto de Ingeniería, UABCCampus UniversitarioBlvd. Benito Juárez y Calle de la Normal s/nCol. Insurgentes Este 21280, Mexicali, B. C., MéxicoTel/Fax (686) 5664150Dirección Postal en USA:Po Box 3439 Calexico, California, 99232 USAE-Mail: [email protected]
[email protected]://insting.mxl.uabc.mx