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UNIDAD DIDÁCTICA: ENERGÍAS RENOVABLES
0.- CONSIDERACIONES PREVIAS
- L.O.E. (LEY ORGÁNICA 2/2006, de 3 de mayo, de Educación)
- Comunidad Valenciana: Decreto 102/2008 del Consell
1.- JUSTIFICACIÓN
Se desarrolla esta unidad para formar al alumno en las energías renovables. En todas sus
tecnologías actuales o en desarrollo en la actualidad. Así como despertar el interés del alumno por
el mundo que le rodea y lo finito de los recursos energético que existen en el mismo.
2.- I NTRODUCCIÓN
Se considera una unidad muy interesante para el alumno ya que le permitirá entender las
bases una de las tecnologías del futuro. En todo momento se tendrán presentes los conocimientos
adquiridos en cursos anteriores para, a partir de ellos, incorporar nuevos y específicos
relacionados con las energías renovables.
Con esta Unidad el alumnado realizará un análisis de la conversión de la energía mecánica
producida con el viento en energía eléctrica, para que comprendan su funcionamiento y sus
principios para poder incorporarlos en sus nuevos proyectos, intentando de esta forma que vean
una nueva forma de alimentar eléctricamente futuros proyectos sin necesidad de baterías.
3.- UBICACIÓN
La unidad esta planteada para el 1er curso de Bachillerato.
4.- TEMPORALIZACIÓN
La temporalización se desarrollara durante el 1º Trimestre. 8 sesiones de 55 minutos para poder
aplicar lo aprendido en el proyecto de la parte eléctrica del 2º Trimestre.
5.- CONOCIMIENTOS PREVIOS Y CONEXIONES INTERDISCIPLINARES
5.1.- CONOCIMIENTOS PREVIOS
En esta unidad se desarrollan temas como energía, electricidad, transmisión de
calor y radiación y movimiento mecánico, todos ellos relacionados con la física por lo que se
intentara en la medida de o posible que el desarrollo de esta unidad sea posterior a la adquisición
de dichos conocimientos en la asignatura de física.
5.2.- TEMAS TRANSVERSALES
5.2.1.- Educación moral y cívica
- Cuidado y responsabilidad a la hora de trabajar con materiales eléctricos.
- Desarrollando la capacidad de autodisciplina.
- Cooperación en el trabajo con los compañeros, formando subgrupos de trabajo y
dividiendo tareas y adquiriendo capacidades de organización.
5.2.2.- Educación para la igualdad entre ambos sexos
- Se tratará de transmitir el concepto de que temas energéticos y eléctricos no platean
unas salidas profesionales exclusivas del sector masculino de la sociedad.
- Potenciar, favorecer y estimular la participación equitativa de alumnos y alumnas en las
actividades que engloban esta unidad.
5.2.3.- Educación medioambiental
- Se trabajarán estos contenidos mediante la reutilización del montaje del circuito
fotovoltaico para la alimentación en futuros proyectos que requieran un componente
eléctrico para su funcionamiento.
- Reflexión sobre el impacto ambiental derivado de la energía eléctrica.
- Reflexión de las ventajas y desventajas de las energías renovables para el
medioambiente.
5.2.4.- Educación del consumidor
- Conocer e interpretar el coste económico, social y medioambiental que el consumo de
energía desproporcionado o no renovable conlleva. Puede ayudar a promover en los
alumnos actitudes de consumo responsable de los limitados recursos energéticos y no
energéticos de la tierra.
5.2.5.- Educación para la salud
- La polución ambiental es una de las primeras causas de muerte en el mundo.
Concienciar al alumno de contribuir a evitar dicha polución por su bien y el de
generaciones futuras.
- En esta Unidad se trabajará este tema la prevención cuando se trabaja con materiales
eléctricos.
5.- OB JETIVOS
- Conocer los elementos básicos de la conversión de la energía mecánica en eléctrica.
- Saber el desarrollo de cada una de las tecnologías en el mundo y sus posibilidades de
desarrollo en el futuro.
- Concienciarse de las repercusiones de los diferentes tipos de energía, tanto
convencionales como renovables, en el medio ambiente.
-Trabajar respetando las normas de seguridad.
6.- COMPETENCIAS BÁSICAS
En la unidad se desarrollarán principalmente las siguientes competencias básicas descritas en
el marco de la propuesta realizada por la Unión Europea sobre este tipo de competencias.
- Competencia matemática.
- Competencia en el conocimiento y la interacción con el mundo físico.
- Tratamiento de la información y competencia digital.
- Competencia social y ciudadana.
- Competencia para aprender a aprender.
- Autonomía e iniciativa personal.
7.- CONTENIDOS
7.1- CONCEPTUALES
1. Las energías renovables.
2. Energía hidráulica.
3. Energía solar.
4. Energía eólica.
5. Energía mareomotriz.
6. Energía geotérmica.
7. Otras fuentes de energía marina.
8. Energía de la biomasa y RSU (Residuos sólidos urbanos).
9. Balance energético de obtención de energía y previsión de futuro.
7.2.- PROCEDIMENTALES
- Realización de ejercicios de aplicación de los conceptos tratados en la Unidad.
- Realización de esquemas que donde se muestren los principales elementos que
componen los principales tipos de energías renovables.
- Identificación y explicación de las funciones de los diferentes elementos básicos de las
instalaciones .
- Búsqueda de información e investigación sobre la legislación vigente en la materia.
- Diseño de esquemas eléctricos básicos una planta fotovoltaica o eólica, utilizando la
simbología apropiada.
- Montaje de circuito básico de una planta fotovoltaica o eólica a partir de su esquema
eléctrico.
7.3.- ACTITUDINALES
- Colaboración e iniciativa en los trabajos propuestos.
- Prestar atención a las explicaciones del profesor.
- Actitud positiva y creativa ante los problemas prácticos y confianza en la propia capacidad
para alcanzar resultados útiles.
- Darse cuenta de la importancia de trabajar adecuadamente y siguiendo unas pautas
preestablecidas para evitar problemas posteriores.
- Valorar la importancia de las energías renovables en en el medioambiente y para evitar
los posibles efectos atmosféricos adversos para la humanidad.
8.- METODOLOGÍA
Las primeras sesiones de la unidad el profesor se dedicara a explicar de un modo fácil y claro
aquellos conceptos que hasta el momento no se habían tratado y que van a resultar
imprescindibles para poder trabajar esta Unidad.
Se irán viendo cada uno de los elementos fundamentales que componen las instalaciones
tanto eléctrica, mecánicas y físicas que intervienen en la producción de energías renovables en
sus diferentes tecnologías. Se explicarán sus principales características y funciones así como la
similitud entre los componentes de las diferentes opciones renovables disponibles.
Como primera fase de la practica los alumnos, en grupos de entre tres y cinco personas,
diseñaran un circuito eléctrico fotovoltaico sobre el papel compuesto como mínimo de un panel
fotovoltaico, un interruptor, una bombilla y un pequeño motor, así como sus lineas eléctricas de
conexión.
Como segunda fase los grupos realizaran el montaje del diseño anterior sobre una plataforma
adecuada no conductora. La placa fotovoltaica la aportara el profesor que la ira acoplando a cada
uno de los circuitos para comprobar su funcionamiento.
9.- ACTIVIDADES
Las actividades se han ido dividiendo en 8 sesiones de 55 minutos cada una.
PRIMERA SESIÓN
Actividad de Introducción-Motivación.
Los alumnos deberán llevar de su casa un recibo de la luz. Se propone como actividad
introductoria clarificar el concepto energía consumida por persona durante un periodo de un año.
Tanto en forma de kilojulios/hora como en watios/hora y su equivalencia en TEP (Toneladas
equivalentes de Petroleo).
Actividad de evaluación de los conocimientos previos.
Repaso conceptos previos ya conocidos por el alumno
Ejemplo:
- Conversión entre m/s en km/h y viceversa.
- Ecuación de la masa
m = V * d
siendo:
m en Kg
V de volumen en m3.
D de densidad en kg/m3
- Potencia eléctrica
P = V * I
- Perdida de potencia en una línea eléctrica.
P = V * I = (I * R) * I = I2 * R
Actividad de desarrollo de los contenidos
Introducción rápida a todas las tecnologías renovables disponibles y conocidas.
- Energía hidráulica.
- Energía solar.
- Energía eólica.
- Energía mareomotriz.
- Energía geotérmica.
- Otras fuentes de energía marina.
- Energía de la biomasa y RSU.
SEGUNDA SESIÓN
Actividad de desarrollo de los contenidos.
Explicación y descripción de la Energía hidráulica. Tecnologías más comunes y sus principales
elementos, así como sus fundamentos de funcionamiento.
Actividad de consolidación
Ejercicios teórico de consolidación
Ejemplo:
Calcula en kW, la potencia que genera una central hidroeléctrica a partir de un caudal medio de 10
m3/s y una altura neta de salto de 30 m si el coeficiente de rendimiento estimado es del 30%.
TERCERA SESIÓN
Actividad de desarrollo de los contenidos
Explicación y descripción de la Energía solar. Tecnologías más comunes y sus principales
elementos, así como sus fundamentos de funcionamiento.
Actividad de consolidación
Ejercicios de consolidación, uno de solar térmica y otro de solar fotovoltaica.
Ejemplo:
Se desea instalar un conjunto de paneles solares para abastecer una vivienda con un consumo
estimad de 525 kWh mensuales.
- Calcula la superficie de panel solar necesaria suponiendo una densidad de radiación de 1250
W/m2, un aprovechamiento solar diario de 5 horas y un rendimiento de la instalación de un 12%.
CUARTA SESIÓN
Actividad de desarrollo de los contenidos
Explicación y descripción de la Energía Eólica. Tecnologías más comunes y sus principales
elementos, así como sus fundamentos de funcionamiento.
Actividad de consolidación
Ejercicio de consolidación.
QUINTA SESIÓN
Actividad de desarrollo de los contenidos
Explicación y descripción de la Energía Mareomotriz. Tecnologías más comunes y sus principales
elementos, así como sus fundamentos de funcionamiento.
Actividad de desarrollo de los contenidos
Explicación y descripción de la Energía Geotérmica. Tecnologías más comunes y sus principales
elementos, así como sus fundamentos de funcionamiento.
Actividad de desarrollo de los contenidos
Explicación y descripción de otras fuentes de energía marina. Tecnologías más comunes y sus
principales elementos, así como sus fundamentos de funcionamiento.
Actividad de desarrollo de los contenidos
Explicación y descripción de la Energía de la Biomasa y RSU (Residuos sólidos urbanos).
Tecnologías más comunes y sus principales elementos, así como sus fundamentos de
funcionamiento.
Actividad de consolidación
Ejercicios de consolidación.
Ejemplo:
Una fabrica necesita un aporte energético diario de 100 kWh. Calcula la masa de combustible que
necesita y el coste económico en cada uno de los casos siguientes:
- Si emplea como combustible carbón de hulla, a 0,12 €/kg
- Si emplea cascara de almendra a 20€/T.
En ambos casos con un rendimiento del 60%.
Indica cual de los dos combustibles seleccionarías y justifica tu respuesta.
SEXTA SESIÓN
Actividad de desarrollo de los contenidos.
Balance energético de obtención de energía y previsiones de futuro.
Con muestra de gráficos y explicación de la importancia de un mix equilibrado.
Actividades de evaluación
Formación de grupos de trabajo para empezar a diseñar el circuito fotovoltaico.
Fundamentos del diseño:
- Elementos a instalar: Interruptor, luz y motor. Se tendrán en cuenta los voltajes y la
potencia de la placa fotovoltaica disponible, estos datos serán en principio facilitados por el
profesor, tras una pequeña explicación sobre como obtenerlos en las placas reales.
- Elementos de conexión eléctricos: lineas eléctricas.
- Adaptador para la placa fotovoltaica según instrucciones del profesor.
Actividad de consolidación
Tarea para casa:
Ejercicios recomendados para hacer antes del examen.
SEPTIMA SESIÓN
Actividades de evaluación
Montaje del circuito sobre la tabla de madera o plástico y comprobación de su correcto
funcionamiento.
Corrección de posibles errores y defectos.
OCTAVA SESIÓN
Actividades de evaluación
Evaluación mediante examen escrito y teórico.
10.- RECURSOS MATERIALES
Pizarra, tizas, libros de consulta, base de madera o plástico, cables de conexión (marrón y
azul), regleta de conexiones, caja de conexión, interruptor, tubo de protección (“macarrón”),
portalámparas, bombillas, tornillos, destornillador, tijeras de electricista, placa fotovoltaica.
11.- CRITERIOS DE EVALUACIÓN
11.1.- CRITERIOS
- Conocer las principales magnitudes empleadas en las energías renovables: Energía,
radiaciones electromagnéticas, caudal, altura, potencia, Intensidad, Voltaje, Resistencia.
- Conocer las diferentes tecnologías renovables.
- Conocer los elementos básicos que componen las instalaciones renovables.
- Conocer y entender la importancia de las energías renovables en el mix o balance
energético del futuro en el mundo.
- Conocer las ventajas y desventajas de las diferentes tecnologías disponibles.
- Saber realizar sobre papel el esquema de una planta fotovoltaica y un parque eólico
simples.
- Saber montar un circuito fotovoltaico que alimente a un circuito eléctrico simple.
La nota media de la unidad se sacara entre el examen, la puntuación del proyecto practico y la
aptitud en clase en una proporción de:
Examen teórico 50 %
Proyecto practico 35 %
Buena aptitud en el tema 5 %
Buen trabajo en grupo 10 %
En caso de suspenso de la unidad se plantearía un segundo examen basado en los mismos
principios un poco más adelante, dependiendo de la disponibilidad horaria y lectiva. Aunque al
tratarse de una unidad integrada dentro de un trimestre cabria la posibilidad de hacer media con
otras unidades del mismo bloque (RECURSOS ENERGÉTICOS)
11.2.- EXAMEN TIPO
El examen constaría de un 50% de la nota preguntas tipo test un 25% ejercicios a resolver
como los realizados o sugeridos durante las sesiones y el otro 25% una pregunta de teoría a
desarrollar sobre una de las tecnologías renovables.
En las preguntas tipo test se puntuara dividiendo 5 puntos entre el numero de preguntas que se
incluyan. Una respuesta incorrecta resta un tercio de una correcta. Una pregunta no contestada ni
resta ni suma.
En las preguntas a resolver se puntuara dividiendo 2,5 puntos entre el numero de preguntas
que se incluyan. La mitad de la nota corresponderá al desarrollo del problema y la otra mitad al
resultado final.
La pregunta teórica se puntuara con 2,5 puntos. La nota dependerá del numero de datos
importantes aportados por el alumno en relación a los que aparecen en el tema. También
puntuaran aunque en mucho menor medida el orden de los mismos.
11.2.1.- Ejemplo:
Parte tipo test serian preguntas tipo:
1.- Las centrales hidráulicas más utilizadas son las de:
a.- Bombeo
b.- Riego
c.- Derivación
d.- Regulación
2.- En el aprovechamiento térmico de la energía solar de alta temperatura se utilizan:
a.- Helióstatos
b.- Colectores
c.- Espejos y lentes convergentes
d.-Torres reflectantes
3.- La mejor velocidad del viento para los aerogeneradores actuales es:
a.- 120 km/h
b.- 60 km/h
c.- 80 km/h
d.- 15 km/h
4.- La pirólisis es un proceso de tratamiento de la biomasa:
a.- Biológico
b.- Físico
c.- Termoquímico
d.- Bioquímico
Preguntas a desarrollar
1.- Calcula en kW, la potencia que genera una central hidroeléctrica a partir de un caudal medio de
10 m3/s y una altura neta de salto de 30 m si el coeficiente de rendimiento estimado es del 30%.
2.-Se desea instalar un conjunto de paneles solares para abastecer una vivienda con un consumo
estimad de 525 kWh mensuales.
Calcula la superficie de panel solar necesaria suponiendo una densidad de radiación de
1250 W/m2, un aprovechamiento solar diario de 5 horas y un rendimiento de la instalación
de un 12%.
3.- Una fabrica necesita un aporte energético diario de 100 kWh. Calcula la masa de combustible
que necesita y el coste económico en cada uno de los casos siguientes:
- Si emplea como combustible carbón de hulla, a 0,12 €/kg
- Si emplea cascara de almendra a 20€/T.
En ambos casos con un rendimiento del 60%.
Indica cual de los dos combustibles seleccionarías y justifica tu respuesta.
Preguntas a desarrollar
1.- Indica todo lo que sepas de la energía eólica o fotovoltaica. Elige unicamente una de las dos
energías.
12.- ADAPTACIÓN
12.1.- APOYOPara aquellos alumnos con problemas de adaptación se plantearían un enfoque más
personalizado a la hora de realizar los ejercicios, centrando una esfuerzo mayor por parte del
profesor para conseguir la asimilación de, al menos, los conceptos básicos.
También se plantearía actividades más motivadoras para conseguir la motivación del alumno.
- Encargarles la búsqueda de información por Internet, consiguiendo que se sientan utiles
para la clase y el resto de sus compañeros.
- Buscar actividades, principalmente informáticas de edades inferiores donde se explique
de una forma más intuitiva y amena la materia.
- Al ser la mitad de la nota mediante practica y actitud, se considera que cualquier alumno
que muestre una predisposición en la clase puede aprobar.
- En caso de minusvalías físicas se adaptaría la forma de evaluar al caso concreto del
alumno, intentando en todo momento una equiparación con sus compañeros y evitando
cualquier tipo de discriminación.
Sin embargo al tratarse de Bachillerato, donde la educación no es obligatoria y se presume que
los alumnos tienen como vocación una carrera en FP o una carrera universitaria, en principio
incluso uno alumno con problemas de adaptación debería de mostrar unos conocimientos
mínimos para aprobar.
12.1.- ALTAS CAPACIDADESA los alumnos de altas capacidades que muestren interes por el tema se les motivaria para que
buscasen información en sus casas de todo el tema de energías renovables, facilitando para ello
bibliográfica y direcciones web interesantes.
El proyecto practico esta basado en mínimos precisamente para que lo quiera desarrollar de una
manera mas compleja.
Al dar por hecho las buenas notas de estos alumnos se trataría de plantearles retos mayores para
que no pierdan la motivación.