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Universidad Autonoma de Zacatecas

Franciso Garca Salinas

Unidad Academica de Ingeniera Electrica

Area de Ingeniera y Tecnologas

Mestra en Ciencias de la Ingeniera

29 de octubre del 2013

Indice general

I. Curso Propedeutico 1

1. Curso Propedeutico 3

1.1. Herramientas Computacionales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.2. Matematicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.3. Termodinamica Aplicada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

II. Orientacion Energas Renovables y Ciencias Ambientales. 15

2. Orientacion Energas Renovables y Ciencias Ambientales. 17

2.1. Analisis y Diseno de Experimentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2.2. Calidad, Ahorro y Eficiencia de la Energa Electrica. . . . . . . . . . . . . . . . . 21

2.3. Caracterizacion de Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

2.4. Catalisis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2.5. Cinetica de Procesos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

2.6. Contaminacion y Control de Emisiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

2.7. Corrosion (oxidacion) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

2.8. Diseno de sistemas de generacion no convencionales . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

2.9. Electroqumica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

2.10. Energa Eolica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

2.11. Energa Solar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

2.12. Estructura y Propiedades de los Materiales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

2.13. Fenomeno de Transporte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

2.14. Fisicoqumica de Materiales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

2.15. Fotocatalisis Heterogenea. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

2.16. Fuentes Alternas de Energa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

2.17. Generadores eolicos de baja potencia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

2.18. Ingeniera de Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

2.19. Ingeniera de Reactores Qumicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

2.20. Matematicas Superiores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

2.21. Mecanica de Fluidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

2.22. Metodos de Elementos Finitos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

2.23. Mercado energetico nacional e internacional. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

2.24. Metodos Electroqumicos de Determinacion de Contaminantes. . . . . . . . . . . 109

2.25. Oxidacion en Fase Acuosa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

iii

Indice general

2.26. Pelculas Delgadas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

2.27. Procesos Avanzados de Oxidacion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

2.28. Remediacion de Suelos y Aguas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

2.29. Sensores Electroqumicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

2.30. Sistema de Control Aplicados a Energas as Alternas . . . . . . . . . . . . . . . . 125

2.31. Sistemas Electroqumicos de Generacion y Almacenamiento de Energa. . . . . . 129

2.32. Sistema de Generacion y Distribucion de Energa Electrica . . . . . . . . . . . . . 133

2.33. Tecnicas Avanzadas de Caracterizacion de Materiales. . . . . . . . . . . . . . . . 137

2.34. Tecnologa de Eficiencia Energetica Residencial, Industrial y Comercial . . . . . . 141

2.35. Tecnologa de Semiconductores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145

2.36. Termodinamica Estadstica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

2.37. Termografa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

III. Orientacion Procesamiento de Senales y Mecatronica 155

3. Orientacion Procesamiento de Senales y Mecatronica 157

3.1. Biomecatronica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

3.2. Curso Avanzado de Procesamiento de Voz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

3.3. Control Digital. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

3.4. Control Inteligente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167

3.5. Diseno Electronico Avanzado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171

3.6. Diseno Mecanico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173

3.7. Diseno Mecatronico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

3.8. Estimacion de Estados Optimos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

3.9. Matematicas Avanzadas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

3.10. Matematicas Discretas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185

3.11. Metodos Modernos de Analisis Espectral. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

3.12. Metodos Numericos Avanzados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191

3.13. Microcontroladores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193

3.14. Modelado y Simulacion de Sistemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195

3.15. Optica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197

3.16. Optica Avanzada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199

3.17. Problemas Inversos: Identificacion y Deconvolucion. . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

3.18. Procesamiento de Senales Opticas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205

3.19. Procesamiento Digital de Imagenes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207

3.20. Procesamiento de Senales Adaptables. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209

3.21. Procesos Estocasticos y Optimizacion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213

3.22. Procesos de Manufacturas Avanzada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217

3.23. Programacion Avanzada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221

3.24. Programacion de Dispositivos Moviles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225

3.25. Redes Neutrales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227

3.26. Robotica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231

3.27. Senales y Sistemas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233

iv

Indice general

3.28. Sistemas Lineales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237

3.29. Sistemas Embebidos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241

3.30. Tecnicas Opticas de Medicion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243

3.31. Teora del Color. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245

3.32. Transformacion de Espacios. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247

3.33. Vision Artificial (con Sistemas Embebidos). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251

4. Seminarios. 255

4.1. Seminario de Investigacion I. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256

4.2. Seminario de Investigacion II. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259

4.3. Seminario de Metodologa de la Investigacion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261

v

Parte I.

Curso Propedeutico

1

1. Curso Propedeutico

3

1. Curso Propedeutico

1.1. Herramientas Computacionales

1: Descripcion

Curso: Herramientas Computacionales.

Orientacion: Energas Renovables y Ciencias Ambientales, Procesamiento Digital de

Senales y Mecatronica.

Clasificacion: Curso Propedeutico.

Clave:

No. de creditos:

2: Objetivos

Aplicar las herramientas de computacion y tecnologas de la informacion para lograr el uso

del hardware y software en el desarrollo de algoritmos aplicados al campo de las energas

renovables y ciencias ambientales.

Contribuir a desarrollar la independencia y creatividad a traves de la solucion de tareas

tecnico-economicas, utilizando medios automatizados de computo como una herramienta

de trabajo.

3: Justificacion

Actualmente, el uso de las herramientas computacionales, especialmente las herramien-

tas de simulacion, es muy importante en la evaluacion de los procesos industriales y su

impacto en la ensenanza. Con el empleo de las facilidades del MatLab Simulink. En inge-

niera electrica es muy comun realizar calculos numericos con vectores y matrices siendo

el MatLab un programa por excelencia para realizar operaciones matriciales.

4: Contenido

1. Software de simuacion

1.1 Principales caractersticas de software especfico

1.2 Ventajas y desventajas de software de simulacion de sistemas.

2. MatLab

2.1 Fundamentos de MatLab.

2.2 Vectores y Matrices.

2.3 Programacion en MatLab, graficos y funciones.

2.4 Funciones de funciones

2.5 Solucion de ecuaciones diferenciales lineales por metodos transformados.

2.6 Introduccion a MatLab - Simulink.

2.7 Utilizacion de ToolBox.

3. OrCAD Pspice

4

1.1. Herramientas Computacionales

3.1 Introduccion.

3.2 OrCAD Capture.

3.3 Instrucciones del teclado.

3.4 Componentes de circuito.

3.5 Simulacion de circuitos.

3.6 Graficos

4. MathCad

4.1 Introduccion a MathCad.

4.2 Barras de herramientas y funciones fundamentales.

4.3 Introduccion de expresiones matematicas.

4.4 Graficos.

5. Redaccion de documentos con LATEX

5.1 Introduccion a LATEX.

5.2 Expresiones matematicas.

5.3 Tablas y figuras.

5.4 Redaccion de artculos y formato de tesis.

5: Bibliografa

[1] Inc Cadence Design Systems. Users guide. Online version, 13221 SW 68th Parkway,

Suite 200 Portland, OR 97223, May 2010.

[2] Parametric Technology Corporation. Mathcad 14.0: Users guide. Online version, 140

Kendrick Street, Needham, MA 02494 USA, February 2007.

[3] MathWorks. Matlab language reference. Online version, 24 Prime Park Way, Natick,

MA, June 1997.

[4] Tobias Oetiker Hubert Partl, Irene Hyna, and Elisabeth Schlegl. The not so short

introduction to latex 2e. Online version, 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA,

April 2014.

6: Politicas del curso

Tareas 10 %

Proyecto de Investigacion 40 %

Presentacion oral y escrita de avances de Proyecto 50 %

5

1.2. Matematicas

1.2. Matematicas

1: Descripcion

Curso: Matematicas.


Senales y Mecatronica.

Clasificacion: Propedeutico.

Clave:

No. de creditos:

2: Objetivos

Proporcionar al estudiante las herramientas de ecuaciones diferenciales ordinarias y par-

ciales de primer y segundo orden, como parte de las matematicas aplicadas, para resolver

los problemas que surjan durante su desempeno como estudiante de posgrado, desarrollo

de tesis, actividades de investigacion y profesional.

Lo anterior permitira realizar el moldeamiento matematico y diseno de diversos equipos

necesarios en la industria, remediacion del medio ambiente, produccion y transporte de

energa electrica, etc.

3: Justificacion

Las matematicas son el esqueleto oseo de la ciencia, y es importante tener conocimientos

firmes de estas para el planteamiento de modelos matematicos, resolverlos, disenar equipo,

etc. En este contexto, ecuaciones diferenciales ordinarias y parciales son herramientas in-

dispensables como lenguaje para representar fenomenos fsicos, cuya solucion representara

el comportamiento de los mismos.

4: Pre-requisitos

Calculo Diferencial e Integral, Calculo Vectorial, Ecuaciones diferenciales Elementales,

Termodinamica Elemental, Metodos Numericos, Fsica Elemental, Algebra Lineal.

5: Contenido

1. Repaso de ecuaciones diferenciales.

1.1 Ecuaciones diferenciales ordinarias de primer orden.

1.2 Ecuaciones diferenciales ordinarias de segundo orden con coeficientes constan-

tes, homogeneas y no homogeneas.

1.3 Algunos casos de ecuaciones con coeficientes variables.

1.4 Ecuaciones diferenciales lineales de orden mayor a dos.

1.5 Solucion de ecuaciones por series de potencias.

7

Bibliografa

2. Sistemas de ecuaciones diferenciales de primer orden y estabilidad.

2.1 Metodos matriciales, valores propios reales y complejos, vectores propios.

2.2 Sistemas lineales homogeneos.

2.3 Sistemas lineales no homogeneos.

2.4 Sistemas de ecuaciones diferenciales de primer orden no lineales.

2.5 Estabilidad de los sistemas lineales.

2.6 Linealizacion y estabilidad local.

3. Analisis de Fourier y Ecuaciones diferenciales parciales.

3.1 Series, integrales y transformadas de Fourier.

3.2 Series de Fourier, desarrollos de medio rango.

3.3 Integrales y transformadas de Fourier.

4. Ecuaciones Diferenciales Parciales.

4.1 Ecuaciones diferenciales parciales de primer orden.

4.2 Modelos matematicos que dan ecuaciones diferenciales parciales de primer or-

den.

4.3 Clasificacion de las ecuaciones diferenciales parciales de primer orden, ecuacio-

nes lineales, semilineales y cuasilineales, ecuaciones no lineales.

4.4 Metodo de las caractersticas.

4.5 Ecuaciones Diferenciales de Segundo Orden.

4.6 Clasificacion de ecuaciones diferenciales de segundo orden.

4.7 Soluciones analticas a traves de separacion de variables y teora de Sturn-

Liouville, uso de series de Fourier.

4.8 Condiciones de frontera homogeneas y no homogeneas.

6: Competencias de Matematicas Avanzadas.

Disponer de conocimientos de matematicas que permitan deducir el modelo matematico de

un proceso fsico, resolverlo, y apoyado en esto, conocer el comportamiento del sistema ante

perturbaciones de sus variables mas importantes. Todo esto debe contribuir al diseno del

equipo necesario en la industria, remediacion del medio ambiente, produccion y transporte

de energa electrica, etc.

Lo anterior proporcionara al futuro maestro en ciencias un conocimiento solido en ma-

tematicas tanto teoricas como aplicadas, una vision critica de la naturaleza y de la socie-

dad, en la medida que estara mas capacitado para realizar investigacion cientfica que le

permita proponer innovaciones tecnologicas basadas en conocimientos fundamentales, as

como tambien le permitira dedicarse como docente.

8

1.2. Matematicas

7: Bibliografa

8: Polticas del curso

Actividades de aprendizaje: Asistir a clases y participar, resolver las tareas, acudir a

asesora.

Criterios de evaluacion

Se considerara un examen de medio semestre (30 %), un examen final (40 %), las tareas

(10 %), y se encargara un proyecto relacionado con la participacion de las ecuaciones

diferenciales en la tesis de maestra del estudiante (20 %).

9

1.3. Termodinamica Aplicada


1: Descripcion

Curso: Termodinamica Aplicada.


Senales y Mecatronica

Clasificacion: Propedeutico.

Clave:

No. de creditos:

2: Objetivos

Estudiar los principios, condiciones de equilibrio y las distintas representaciones de la ter-

modinamica formal, as como su aplicacion a diferentes procesos de generacion de energa.

3: Justificacion

El estudio de la termodinamica es fundamental, como curso propedeutico, en la Maestra

en Ciencias de la Ingeniera, en sus diversas orientaciones.

4: Contenido

1. Introduccion. El problema y los postulados de la termodinamica.

1.1 Naturaleza temporal de las mediciones macroscopicas.

1.2 Naturaleza espacial de las mediciones macroscopicas.

1.3 Composicion de sistemas termodinamicos.

1.4 Energa interna

1.5 Equilibrio termodinamico.

1.6 Paredes y restricciones.

1.7 Mensurabilidad de la Energa.

1.8 Calor.

1.9 El problema basico de la termodinamica.

1.10 Postulado de maxima entropa.

2. Las condiciones del equilibrio.

2.1 Parametros intensivos.

2.2 Ecuaciones de estado.

2.3 Parametros intensivos entropicos.

2.4 Equilibrio termico - temperatura.

2.5 Equilibrio mecanico.

11

Bibliografa

2.6 Equilibrio respecto al flujo de materia.

2.7 Equilibrio qumico.

3. Termodinamica Formal y relaciones termodinamicas.

3.1 Ecuacion de Euler.

3.2 Relacion de Gibbs-Duhem.

3.3 Estructura formal de la termodinamica.

3.4 Gases ideales, mono y multi componentes.

3.5 Ecuacion de van del Waals.

3.6 Radiacion electromagnetica.

3.7 Banda elastica.

3.8 Variable no restringidas: sistemas magneticos.

3.9 Capacidad calorfica y otras derivadas.

4. Procesos reversibles y el teorema de trabajo maximo.

4.1 Procesos posibles e imposibles.

4.2 Procesos cuasi-estaticos y reversibles.

4.3 Flujo de calor: procesos con sistemas acoplados e inversion.

4.4 Teorema de trabajo maximo.

4.5 Coeficientes de operacion de maquinas termicas, refrigeradores y bombas de

calor

4.6 El ciclo de Carnot.

4.7 Maquinas termicas, criterios adicionales.

4.8 Otros procesos cclicos.

5. Formulacion alternativa y transformaciones de Legendre.

5.1 Principio de mnima energa.

5.2 Transformaciones de Legendre.

5.3 Potenciales termodinamicos.

5.4 unciones generalizadas de Massieu.

6. Relaciones de Maxwell.

6.1 Las relaciones de Maxwell.

6.2 Diagrama termodinamico nemotecnico.

6.3 Procedimiento para la reduccion de derivadas para sistemas mono componentes.

6.4 Aplicaciones de reduccion de derivadas.

6.5 Sistemas magneticos.

12


7. Termodinamica de maquinas termicas.

7.1 Plantas de potencia.

7.2 Eficiencia.

7.3 Ciclo Rankine.

7.4 Ciclo Rankine modificado (recalentamiento, con precalentamiento, cogenera-

cion, etc.).

7.5 Motores de combustion interna.

7.6 Sistemas de refrigeracion.

7.7 Bombas de Calor.

5: Bibliografa

[1] Robert T. Balmer. Modern Engineering Thermodynamics. Elsevier Science, 2011.

[2] A. Bejan. Advanced Engineering Thermodynamics. Wiley, 2006.

[3] C. Borgnakke and R.E. Sonntag. Fundamentals of Thermodynamics. Wiley, 2012.

[4] D. Burghardt and J.A. Harbach. Engineering Thermodynamics. Cornell Maritime

Pr/Tidewater Pub, 1993.

[5] H.B. Callen. Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics. Wiley, 1985.

[6] Y. Cengel and M. Boles. Loose Leaf Thermodynamics: An Engineering Approach +

Connect Access Card for Thermodynamics. McGraw-Hill Education, 2012.

[7] M. Fogiel, Research, and Education Association. The Thermodynamics Problem Sol-

ver. REAs problem solvers. Research and Education Association, 1984.

[8] D.K. Kondepudi and I. Prigogine. Modern thermodynamics: from heat engines to

dissipative structures. John Wiley, 1998.

[9] M.J. Moran and H.N. Shapiro. Fundamentals of Engineering Thermodynamics. John

Wiley & Sons Canada, Limited, 2004.

[10] M.J. Moran, H.N. Shapiro, and D.D. Boettner. Fundamentals of Engineering Ther-

modynamics, 7th Edition. Wiley Global Education, 2010.

[11] F.G. Muldberg. Termodinamica para ingenieria / Engineering Thermodynamics. Edi-

torial Trillas Sa De Cv, 2011.

[12] J.W.A. TESTER and M.A. MODELL. Thermodynamics and Its Applications. Pren-

tice Hall International Series in the Physical and Chemical Engineering Sciences.

Prentice Hall PTR, 1997.

[13] K. Wark. Advanced Thermodynamics for Engineers. McGraw-Hill Series in Mecha-

nical Engineering. McGraw-Hill, 1995.

13

Parte II.

Orientacion Energas Renovables y

Ciencias Ambientales.

15

2. Orientacion Energas Renovables y Ciencias

Ambientales.

17

2. Orientacion Energas Renovables y Ciencias Ambientales.

2.1. Analisis y Diseno de Experimentos

1: Descripcion

Curso: Analisis y diseno de experimentos.

Orientacion: Energas Renovables t Ciencias Ambientales.

Clasificacion: Topicos Selectos

Clave: 94ANDE

No. de creditos: 9

2: Objetivos

Destacar la importancia del diseno de experimentos y su utilidad en el ambito de la

investigacion qumica, como herramienta para la calidad en la optimizacion de procesos.

Demostrar, a traves de aplicaciones del diseno de experimentos a problemas reales, la

reduccion de costos y el aumento de la eficacia de la experimentacion en un proceso.

Investigar la logica del planteamiento de hipotesis y su verificacion, incluyendo el analisis

de la varianza y el analisis detallado de datos experimentales. Familiarizar al estudiante con

la terminologa y los principios estadsticos basicos de diseno y analisis de experimentos.

3: Justificacion

En el curso se desarrollan los conocimientos, competencias y habilidades necesarias para

que el estudiante realice la planeacion, desarrollo y analisis de un experimento, ademas

de obtener la habilidad para analizar y deducir resultados de datos obtenidos por medio

experimental o no experimental. Los conocimientos adquiridos le permitiran al estudiante

desarrollar el trabajo experimental de su trabajo de tesis.

4: Contenido

1. Introduccion al analisis de datos.

1.1 Introduccion.

1.2 Conceptos generales.

1.3 La precision y la exactitud como criterio.

1.4 Analisis de la varianza de un factor.

1.5 Error de la prueba analtica.

1.6 Error del muestreo qumico.

1.7 Error entre lotes.

1.8 Diseno jerarquizado.

1.9 Analisis de la varianza con interaccion.

2. Diseno de experimentos.

2.1 Introduccion (Factores. Espacio Experimental).

18

2.1. Analisis y Diseno de Experimentos

2.2 Modelos Como Herramientas.

2.3 Disenos Factoriales A Dos Niveles.

2.4 Disenos Factoriales Fraccionales.

1) Introduccion.

2) Construccion de un diseno fraccional.

3) Perdida de informacion.

4) Separacion de efectos confundidos.

5) Experimentacion bloques.

2.5 Otros Disenos Para La Seleccion De Variables.

1) Disenos Plackett-Burman.

3. Optimizacion.

3.1 Maxima Pendiente en ascenso.

1) Principios.

2) Direccion.

3) Ventajas y desventajas.

3.2 Simplex.

1) El simplex como tecnica secuencial.

2) Principios.

3) Variables.

4) Simplex modificado.

3.3 Metodo de Superficies De Respuestas.

1) Estrategia paso a paso.

2) Validacion del modelo.

3) Condiciones optimas.

4) Visualizacion mediante proyecciones.

5) Disenos para modelos cuadraticos.

6) Optimizacion para mas de una variable respuesta.

3.4 Algoritmos de Intercambio.

1) Introduccion.

2) Propiedades fundamentales.

3) Ejemplos.

4. Otros disenos.

4.1 Diseno De Mezclas.

19

2. Orientacion Energas Renovables y Ciencias Ambientales.

1) Diseno de mezclas sin restricciones.

2) Diseno de mezclas con restricciones.

3) Modelos alternativos.

4) Problemas que involucran disenos de mezclas.

5: Bibliografa

[1] A. Daz. Diseno estadstico de experimentos 2a Ed. Ciencia y Tecnologa. Editorial

Universidad de Antioquia, 2009.

[2] J.E. Freund and G.A. Simon. Estadstica elemental. Pearson Educacion, 1994.

[3] R.S. Gallego. Introduccion al analisis de datos experimentales: tratamiento de datos

en bioensayos. Cie`ncies experimentals. Universitat Jaume I, 2003.


Examenes parciales: 25 %

Tareas: 15 %

Proyecto: 20 %

Examen Final: 40 %

20

2.2. Calidad, Ahorro y Eficiencia de la Energa Electrica.


1: Descripcion

Curso: Calidad, Ahorro y Eficiencia de la Energa Electrica.

Orientacion: Energas Renovables y Ciencias Ambientales.

Clasificacion: Topicos de Selectos.

Clave: 94CAEE

No. de creditos: 9

2: Objetivos

Conocer los fundamentos generales de la calidad de la potencia electrica y del ahorro de

la energa electrica.

3: Justificacion

El conocimiento de la calidad y ahorro de la energa electrica es imprescindible los estu-

diantes interesados en los temas de ingeniera electrica.

4: Contenido

1. Introduccion

1.1 Definicion y conceptos de Calidad de Potencia.

1.2 Historia.

1.3 Como se descubre la presencia de un problema de calidad de potencia?

1.4 Objetivos del estudio de Calidad de Potencia.

2. Terminologa y definiciones.

2.1 Inconsistencia en la terminologa.

2.2 Definiciones.

2.3 Efectos de los problemas de calidad en equipos y generacion de alteraciones de

los dispositivos.

2.4 Ejemplos de problemas.

2.5 Analisis de la situacion actual.

3. Normas y reglamentaciones.

3.1 Resoluciones Nacionales de la Electricidad.

3.2 Normas Extranjeras e Internacionales.

1) Normalizacion Europea (IEC).

2) Normalizacion Americana (IEEE).

4. Interrupciones de corta duracion y huecos de tension.

21

Bibliografa

4.1 Introduccion.

4.2 Definiciones.

4.3 Caracterizacion.

4.4 Quienes son afectados.

4.5 Causas de los huecos y micro cortes.

4.6 Probabilidad de ocurrencia.

4.7 Prediccion y determinacion de la actividad en huecos de tension.

4.8 Sensibilidad de los equipos.

4.9 Criterio de energa especfica constante.

5. Equipamiento individual industrial.

6. Dependencia de la capacidad de soportar huecos.

6.1 Soluciones.

6.2 Estudio de las protecciones contra sobrecorriente considerando los huecos de

tension.

6.3 Acondicionadores de potencia.

6.4 Estudio experimental del comportamiento del motor de induccion frente a hue-

cos de tension e interrupciones de corta duracion.

6.5 Costo de las interrupciones de corta duracion y huecos de tension.

6.6 Indices de comportamiento del sistema considerando micro-cortes y huecos de

tension.

7. Sobretensiones.

7.1 Introduccion de conceptos basicos.

7.2 Definiciones y clasificacion.

7.3 Sobretension Transitoria.

7.4 Sobretension de corta duracion (tipo no-impulsiva o swell).

7.5 Sobretension de larga duracion (o temporal).

7.6 Transferencia de sobretensiones.

7.7 Caracterizacion y ondas normalizadas.

7.8 Capacidad de soportar sobretensiones.

7.9 Protecciones contra sobretensiones de equipos de uso final.

7.10 Estudio sobre danos a equipos causados por sobretensiones.

8. Armonicos.

8.1 Introduccion.

8.2 Analisis por Fourier.

22


8.3 Potencias en condiciones no sinusoidales.

8.4 Causas y efectos de armonicos en sistemas electricos.

8.5 Mediciones en condiciones no sinusoidales.

8.6 Modelado y simulacion de sistemas electricos para estudio de armonicos.

8.7 Mitigacion de armonicos y normativa.

1) Filtros armonicos.

9. Fluctuaciones de tension (parpadeo o flicker).

9.1 Introduccion.

9.2 Confusion entre huecos de tension y flicker.

9.3 Dano a equipos.

9.4 Problematica psicologica y/o fisiologica.

9.5 Antecedentes de estudios sobre el tema.

9.6 Origen de las fluctuaciones de tension en: Hornos de arco (ca y cd), Maquinas

de Soldar, Generadores, y Motores.

9.7 Medidor de flicker.

9.8 Dispositivos afectados.

10. Variaciones de tension en estado estable.

10.1 Introduccion.

10.2 Principios de regulacion de tension.

10.3 Comportamiento de la carga frente a tensiones distintas de la nominal.

10.4 Dispositivos para la regulacion de tension.

10.5 Aplicacion de reguladores en el sistema de distribucion.

10.6 Aplicacion de capacitores para la regulacion de tension.

10.7 Aplicacion de capacitores en los circuitos del usuario final.

10.8 Regulacion de tension del sistema de distribucion con generadores dispersos.

10.9 Comportamiento del sistema electrico bajo condiciones desbalanceadas.

11. Sistemas de tierras.

11.1 Introduccion.

11.2 Definiciones.

11.3 Funcion de un sistema de tierras.

11.4 Resistividad del suelo.

11.5 Medicion de la resistencia de la tierra.

11.6 Calculo de un sistema de tierras.

23

Bibliografa

11.7 Interconexion de tierras diferentes.

12. Compatibiliad electromagnetica (EMC).

12.1 Introduccion.

12.2 Definiciones.

12.3 Requerimientos de compatibilidad electromagnetica para sistemas electronicos.

12.4 Antenas.

12.5 Emisiones radiadas y susceptibilidad.

12.6 Interferencia.

12.7 Blindaje electromagnetico.

12.8 Diseno de sistemas de blindaje.

13. Monitoreo de la calidad de potencia.

13.1 Objetivos del monitoreo.

13.2 Equipamiento para monitoreo.

13.3 Requerimientos para los transductores.

13.4 Nivel de informacion requerida para resultados representativos.

13.5 Preparacion inicial.

13.6 Seleccion de la ubicacion de los equipos.

13.7 Instalacion.

13.8 Calibracion o regulacion de los equipos.

13.9 Toma de datos.

13.10 Analisis de los datos (Interpretacion de los resultados del monitoreo).

14. Ahorro de la energa electrica.

14.1 Situacion energetica en Mexico.

14.2 Prospectiva del sector electrico en nuestro pas.

14.3 Necesidad del ahorro de energa electrica.

14.4 Organismos nacionales e internacionales relacionados con el uso eficiente de la

energa.

14.5 Analisis del sistema de tarifas electricas.

14.6 Plan Nacional de ahorro de energa.

14.7 Tecnicas para el uso eficiente de la energa electrica en

1) alumbrado.

2) refrigeracion.

3) aire Acondicionado.

24


4) motores.

5) bombeo de agua potable.

6) riego agrcola.

7) energas en espera.

8) equipo neumatico.

14.8 horario de verano.

14.9 auditoras energeticas.

5: Bibliografa

[1] J. Arrillaga, N.R. Watson, and S. Chen. Power system quality assessment. John

Wiley & Sons, 2000.

[2] A. Baggini. Handbook of Power Quality. Wiley, 2008.

[3] P. Caramia, G. Carpinelli, and P. Verde. Power Quality Indices in Liberalized Markets.

Wiley, 2009.

[4] S. Doty and W.C. Turner. Energy Management Handbook, Sixth Edition. Taylor &

Francis, 2006.

[5] R.C. Dugan, M.F. McGranaghan, S. Santoso, and H.W. Beaty. Electrical Power

Systems Quality, Third Edition. McGraw-Hill Education, 2012.

[6] K.L. Kaiser. Electromagnetic Compatibility Handbook. Electrical engineering hand-

book series. Taylor & Francis, 2004.

[7] J. Klapp, J.L. Cervantes-Cota, and J.F.C. Alcala. Towards a Cleaner Planet: Energy

for the Future. Environmental Science and Engineering / Environmental Science.

Springer Berlin Heidelberg, 2007.

[8] J.R. Martn and E.O. Perez. Diseno de subestaciones electricas. McGraw-

Hill/Interamericana, 1992.

[9] IEEE Standards Coordinating Committee 22 on Power Quality, Institute of Electrical,

Electronics Engineers, and IEEE Standards Board. IEEE Recommended Practice for

Monitoring Electric Power Quality. IEEE Std. IEEE, 1995.

[10] C.R. Paul. Introduction to Electromagnetic Compatibility. Wiley Series in Microwave

and Optical Engineering. Wiley, 2006.

[11] A. Thumann and D.P. Mehta. Handbook of Energy Engineering. Fairmont Press,

Incorporated, 2001.

25

Bibliografa

[12] A.J.S. Vicente, C.C. Mendez, H.L. Leal, A.M. Marquez, T.M. Hatch, A.C. Rosa-

les, and Mexico. Secretara de Energa. Direccion General de Formulacion de Polti-

ca Energetica. Prospectiva del sector electrico, 2002-2011. Secretara de Energa,

Direccion General de Formulacion de Poltica Energetica, 2002.

[13] G. Vijayaraghavan, M. Brown, M. Brown, and M. Barnes. Practical Grounding,

Bonding, Shielding and Surge Protection. Electronics & Electrical. Elsevier, 2004.



Tareas: 15 %

Proyecto: 20 %

Examen Final: 40 %

26

2.3. Caracterizacion de Materiales

2.3. Caracterizacion de Materiales

1: Descripcion

Curso: Carecterizacion de Materiales


Clasificacion: Topicos Selectos.

Clave: 94CAMA

No. de creditos: 9

2: Objetivos

Conocer las diferentes tecnicas de caracterizacion de materiales, as como el funcionamiento

de los equipos disponibles para llevar a cabo dicha caracterizacion.

3: Justificacion

En este curso se desarrollan los conocimientos, competencias y habilidades necesarias para

que el estudiante sea capaz de realizar una caracterizacion adecuada de materiales, as

como la interpretacion de la informacion obtenida en los diferentes equipos de caracteri-

zacion.

4: Contenido

1. Tecnicas de imagen.

1.1 Microscopia optica.

1.2 Microscopia electronica de barrido.

1.3 Microscopia electronica de transmision.

2. Tecnicas de emision de Rayos X.

2.1 Fluorecencia de rayos X.

2.2 TXRF.

2.3 PIXE.

3. Difraccion de rayos X.

3.1 Introduccion.

3.2 Instrumentos.

3.3 Ley de Bragg.

3.4 Determinacion de la estructura.

3.5 Indexacion de patrones.

4. Instrumentos de emision de electrones.

4.1 EDS.

27

Bibliografa

4.2 EELS.

4.3 STEM.

5. Calorimetra.

5.1 Calorimetra diferencial de barrido.

5.2 Analisis termogravimetrico.

5.3 Analisis termomecanico.

5.4 Analisis dinamico-mecanico.

6. Caracterizacion Magnetica.

6.1 Introduccion a las propiedades magneticas.

6.2 Magnetizacion.

6.3 Susceptibilidad magnetica.

5: Bibliografa

[1] A.A.B. Araneda and Universidad de Concepcion (Chile). Facultad de Ingeniera. De-

partamento de Ingeniera de Materiales. Obtencion y caracterizacion de materiales

compuestos basados en PVC y nanopartculas de cobre. Universidad de Concepcion,

2011.

[2] D.G. De Planecion. Memoria 2000. Unam, 2000.

[3] S.W. Tsai and A.M. de Marco. Diseno y analisis de materiales compuestos. Reverte,

1988.

28

2.4. Catalisis

2.4. Catalisis

1: Descripcion

Curso: Catalisis

Orientacion: Energas Renovables y Ciencias Ambientales

Clasificacion: Topicos de especializacion

Clave: 94CATA

No. de creditos: 9

2: Objetivos

Adquirir los fundamentos necesarios para comprender los procesos catalticos y el diseno

de un catalizador adecuado para una reaccion determinada.

3: Justificacion

Los procesos en los sistemas de transformacion qumica y/o de generacion de energa, ge-

neralmente requieren del uso de materiales que faciliten y/o aumenten la velocidad de las

reacciones involucradas. Los sistemas de conversion fotovoltaicos, de generacion electro-

qumica, de remediacion de contaminantes o de obtencion de biocombustibles o vectores

energeticos, emplean catalizadores para realizarse con mayor eficiencia. Es necesario com-

prender los principios cineticos y de sntesis y caracterizacion de materiales para plantear

el diseno y obtencion de materiales catalticos adecuados para tales procesos.

4: Contenido

1. Introduccion. Conceptos basicos..

1.1 Principios de la cinetica qumica, velocidad de reaccion.

1.2 Orden y mecanismos de reaccion.

1.3 Dependencia de la velocidad de reaccion respecto a la temperatura.

1.4 Expresiones de velocidad en reacciones catalticas.

1.5 La etapa determinante de la reaccion.

1.6 Isotermas de adsorcion.

1.7 Modelo de Sabatier, curvas volcan.

1.8 Enlaces y reacciones elementales.

2. Las superficies de los solidos.

2.1 Requerimientos para un buen catalizador.

2.2 Estructura de los solidos y sus superficies.

2.3 Area superficial.

2.4 Reactividad superficial.

29

Bibliografa

3. Tipos de catalizadores.

3.1 Revision de procesos catalticos en la industria y la energa.

3.2 Catalizadores para la energa sustentable.

4. Tecnicas de sntesis y preparacion.

4.1 Preparacion de soportes.

4.2 Preparacion y formado de catalizadores.

4.3 Catalizadores soportados.

4.4 Activacion de catalizadores.

5. Metodos experimentales de caracterizacion de catalizadores.

5.1 Tecnica usadas en la caracterizacion de catalizadores.

5.2 Tecnicas espectroscopicas y microscopicas.

5.3 Reduccion a temperatura programada.

5.4 Metodos basados en la adsorcion.

6. Electrocatalisis.

6.1 Definicion de un sistema electroqumico.

6.2 Definicion de la ecuacion de Buttler - Volmer.

6.3 Definicion de la ecuacion de Tafel.

6.4 Determinacion de Parametros Electro - cineticos.

5: Bibliografa

[1] A.W. Adamson. Physical chemistry of surfaces. A Wiley-Interscience publication.

Wiley, 1990.

[2] G. Centi and R.A. van Santen. Catalysis for Renewables: From Feedstock to Energy

Production. Wiley, 2008.

[3] M. Che and J.C. Vedrine. Characterization of Solid Materials and Heterogeneous

Catalysts: From Structure to Surface Reactivity. Wiley, 2012.

[4] I. Chorkendorff and J.W. Niemantsverdriet. Concepts of Modern Catalysis and Kine-

tics. Wiley, 2006.

[5] J. Pilling and P.W. Seakins. Reaction Kinetics. Oxford University Press, 1996.

[6] J.A. Rodriguez, J.C. Hanson, and P.J. Chupas. In-situ Characterization of Heteroge-

neous Catalysts. Wiley, 2013.

[7] R.A. Van Santen, P.W.N.M. van Leeuwen, and J.A. Moulijn. Catalysis: An Integrated

Approach. Studies in surface science and catalysis. Elsevier, 2000.

30

2.4. Catalisis



Tareas: 20 %

Proyecto: 20 %

Examen Final: 20 %

31

2.5. Cinetica de Procesos

2.5. Cinetica de Procesos

1: Descripcion

Curso: Cinetica de Procesos.



Clave: 94CIPR

No. de creditos: 9

2: Objetivos

Adquirir conocimientos sobre la cinetica de los procesos metalurgicos tomando en cuenta

las velocidades en las que ocurren las reacciones.

3: Justificacion

Es muy importante que el estudiante conozca los procesos cineticos metalurgicos, ya que

en base a estos conocimientos debera ser capaz de identificar las velocidades reaccion

operantes que se estan llevando a cabo en el sistema de experimentacion.

4: Contenido

1. Cinetica

1.1 Cinetica de sistema homogeneos.

1) Velocidades de reaccion.

2) Efecto de la concentracion de reactivos-orden de reaccion.

3) Efecto de temperatura. Ecuacion de Arrhenius.

4) Constante de velocidad y equilibrio.

2. Cinetica de sistemas heterogeneos.

2.1 Ecuaciones cineticas. Etapas controlantes.

2.2 Reacciones lquido-lquido.

2.3 Reacciones solido-solido.

2.4 Reacciones lquido-gas.

3. Tecnicas experimentales para la adquisicion de datos de la cinetica.

3.1 Analisis de los datos de la cinetica de las reacciones.

1) Derivacion de la ecuacion de velocidad.

2) Metodo integral (volumen constante).

3) Evaluacion de la constante de velocidad y de los parametros de Arrhenius.

4. Comportamiento de reactores para reacciones heterogeneas.

33

Bibliografa

4.1 Fundamentos.

4.2 Escalonamiento de reactores.

5: Bibliografa

[1] R.I.L. Guthrie. Engineering in Process Metallurgy. Oxford science publications. Cla-

rendon Press, 1992.

[2] F.D. Richardson. Physical Chemistry of Melts in Metallurgy. Number v. 1 in Physical

Chemistry of Melts in Metallurgy. Academic Press, 1974.

[3] J.M. Smith. Ingeniera de la cinetica qumica. Compana Editorial Continental, 1986.

[4] J. Szekely and N.J. Themelis. Rate phenomena in process metallurgy. Wiley-

Interscience, 1971.

34

2.6. Contaminacion y Control de Emisiones

2.6. Contaminacion y Control de Emisiones

1: Descripcion

Curso: Contaminacion y Control de Emisiones.


Clasificacion: Topicos de especializacions.

Clave: 94COCE

No. de creditos: 9

2: Objetivos

Estudiar a la fotocatalisis heterogenea y otros metodos de oxidacion avanzada como un

metodo alternativo para la purificacion del aire, para controlar y combatir las emisiones.

3: Justificacion

El deterioro del aire requiere de nuevas tecnologas que permitan remediarlo. Para esto es

necesario disponer de conocimientos cientficos acerca del tipo de contaminantes y de los

metodos que destruyen a los contaminantes.

4: Contenido

1. Tipos de contaminantes atmosfericos.

2. Fuentes de contaminacion.

3. Dispersion de los contaminantes.

4. Uso de la fotocatalisis heterogenea.

5. Necesidad de modificar procesos industriales.

6. Qumica Verde.

7. Necesidad de innovar los procesos industriales.

8. Soluciones alternativas al control de las emisiones.

5: Bibliografa

[1] B.J. Nebel and R.T. Wright. Environmental Science: The Way the World Works.

Prentice Hall, 1993.



Tareas: 20 %

Proyecto: 20 %

35

Bibliografa

Examen Final: 20 %

36

2.7. Corrosion (oxidacion)


1: Descripcion

Curso: Matematicas Avanzadas.



Clave: 94COOX

No. de creditos: 9

2: Objetivos

Conocer los diferentes tipos de corrosion de materiales as como la naturaleza, cinetica y

termodinamica que implica la corrosion de diferentes materiales en diferentes ambientes.

3: Justificacion

Este curso contempla un panorama general de la naturaleza y caracterstica de la corrosion

de los materiales bajo diferentes ambientes que el alumno de ciencia de materiales tiene

que tener entre sus conocimientos basicos.

4: Contenido

1. Conceptos generales de los procesos de conformado.

1.1 Definicion y formas de la corrosion.

1.2 Importancia.

2. Corrosion metalica en varios ambientes.

2.1 Ambientes humedos: agua y disoluciones acuosas, atmosfera, suelo.

2.2 Sales fundidas.

2.3 Gases secos.

2.4 Lquidos organicos.

2.5 Metales fundidos.

3. Conceptos de cinetica electroqumica.

3.1 Sobrevoltaje de transferencia de carga: ley de Butler-Volmer; ley de Tafel.

3.2 Sobrevoltaje de difusion.

3.3 Procesos reversibles.

4. Termodinamica de la corrosion.

4.1 Consideraciones energeticas.

4.2 Potencial de corrosion. (disoluciones acuosas).

4.3 Diagrama de Pourbaix: construccion y empleo.

37

Bibliografa

5. Cinetica de la corrosion.

5.1 Expresiones tpicas de la velocidad de corrosion.

5.2 Calculo del potencial y de la corriente de corrosion.

5.3 Razon de areas anodo/catodo.

5.4 Diagrama de Evans.

5.5 Pasividad: Curva de polarizacion.

5.6 Origen de la pasividad.

5.7 Formacion y naturaleza de las pelculas pasivantes.

5.8 Cinetica de repasivacion.

5.9 Ruptura de la pasividad.

5.10 Corrosion en agua aireada.

5.11 Corrosion en ambientes con flujo.

5.12 Corrosion en sistemas de varios componentes.

6. Tipos de corrosion electroqumica.

6.1 Celulas de corrosion.

6.2 Corrosion galvanica.

6.3 Celulas locales.

6.4 Corrosion por aireacion diferencial.

6.5 Celulas de concentracion metalica.

6.6 Celulas activa/pasiva: Picado.

6.7 Ataque en hendiduras.

6.8 Ataque intergranular.

6.9 Celulas electrolticas: Corrosion anodica.

6.10 Corrosion por corrientes vagabundas.

6.11 Corrosion microbiologica.

5: Bibliografa

[1] Joseph R. Davis. Corrosion: Understanding the Basics. ASM International, 2000.

[2] M.G. Fontana. Corrosion Engineering. McGraw-Hill series in materials science and

engineering. Tata McGraw-Hill, 2005.

[3] E. Mattsson. Basic corrosion technology for scientists and engineers. Matsci Series.

Institute of Materials, 2001.

[4] P. Roberge. Handbook of Corrosion Engineering 2/E. McGraw-Hill Education, 2012.

38


[5] H. VanDroffelaar, J.T.N. Atkinson, and National Association of Corrosion Engineers.

Corrosion and Its Control: An Introduction to the Subject. NACE International book

publications. NACE International, 1994.

39

2.8. Diseno de sistemas de generacion no convencionales


1: Descripcion

Curso: Diseno de sistemas de generacion no convenionales.



Clave: 94DSGC

No. de creditos: 9

2: Objetivos

Valorar las diferentes fuentes de energa renovables incorporables a los sistemas electricos

de potencia.

Evaluar el por ciento de penetracion de las fuentes de renovables en los sistemas electricos

de potencia.

Evaluar tecnica y economicamente la incorporacion de las fuentes renovables a los sistemas

electricos.

3: Justificacion

Las fuentes no renovables (el carbon, el petroleo, el gas, el uranio) abastecen un gran

porcentaje de la demanda de energa del mundo actual. Su principal inconveniente es que

son fuentes limitadas y por ello su duracion no se mantendra indefinidamente; asimismo,

su utilizacion en muchos casos produce impactos ambientales negativos. Por todo ello, se

impone la utilizacion de fuentes renovables (energa solar, termica, fotovoltaica, eolica,

biomasa). El principal inconveniente de algunos de estos tipos de energa es su poca den-

sidad energetica y sus principales ventajas son su caracter de renovable y su bajo impacto

ambiental.

4: Contenido

1. Fuentes renovables de energa.

1.1 Energa hidraulica.

1.2 Energa fotovoltaica.

1.3 Utilizacion de la biomasa.

1.4 Conceptos basicos de biomasa.

1.5 Energas marinas.

1.6 Energa geotermica.

1.7 Energa eolica.

2. Sistema fotovoltaico.

2.1 Principales componentes de un sistema fotovoltaico.

2.2 Subsistema Fotovoltaico.

41

Bibliografa

2.3 Subsistema de almacenamiento.

2.4 Subsistema de regulacion.

2.5 Subsistema de conversion.

2.6 Instalaciones fotovoltaicas conectadas al sistema electrico.

3. Sistema eolico.

3.1 Tipos de generadores.

3.2 Tipos de convertidores utilizados en aerogeneradores.

4. Impacto de las fuentes renovables sobre los sistemas electricos.

4.1 Impacto de las energas renovables en la calidad del suministro electrico.

4.2 Influencia de la calidad de la onda en los sistemas de generacion basados en

energas renovables.

4.3 Analisis del impacto de las energas renovables sobre la Red electrica.

4.4 Generacion hbrido (eolico-fotovoltaica).

5. Simulacion de un sistema hbrido eolico-fotovoltaico.

5.1 Introduccion.

5.2 Generador eolico.

5.3 Generador fotovoltaico.

5.4 Convertidor.

5.5 Rectificador.

5.6 Simulacion con inversor multinivel de 2 niveles.

5.7 Inversor multinivel tipo puente de tres niveles.

5.8 Resultados de las simulaciones realizadas con un inversor de dos niveles.

5.9 Resultados de las simulaciones realizadas con un inversor de tres niveles.

5.10 Comparacion de las simulaciones (inversores de dos y tres niveles).

6. Valoracion ambiental y economica.

6.1 Generalidades.

6.2 Beneficio social.

6.3 Componentes ambientales.

6.4 Evaluacion ambiental.

6.5 Identificacion de los efectos producidos al medio ambiente.

6.6 Analisis economico. Costo del ciclo de vida util.

42


5: Bibliografa

[1] A.V. Da Rosa. Fundamentals of Renewable Energy Processes. Academic Press. Aca-

demic Press, 2012.

[2] R. Gasch and J. Twele. Wind Power Plants: Fundamentals, Design, Construction

and Operation. Electrical Engineering. Springer, 2011.

[3] G.L. Johnson. Wind energy systems. Prentice Hall PTR, 1985.

[4] G.M. Masters. Renewable and Efficient Electric Power Systems. Wiley, 2013.

[5] J.P.A. MCKELVEY and H. Grotch. Fsica para ciencias e ingeniera. Harla, Harper

& Row Latinoamericana, 1980.

[6] J.B. Pierce. Qumica de la materia. Publicaciones Cultural, 1973.

[7] J.F. Shackelford, A. Guemes, and N.M. Comas. Introduccion a la ciencia de materiales

para ingenieros. Pearson Educacion, 2005.

[8] W.F. Smith and J. Hashemi. Fundamentos de la ciencia e ingeniera de materiales.

McGraw-Hill, 2006.

[9] M. Stiebler. Wind Energy Systems for Electric Power Generation: With ... 15 Tables.

Green Energy and Technology. Springer, 2008.

[10] L.H. Van Vlack and A.A. Valladares. Materiales para ingeniera. Compana Editorial

Continental, 1980.


Polticas del curso:


Tareas: 15 %

Proyecto: 20 %

Examen Final: 40 %

43

2.9. Electroqumica

2.9. Electroqumica

1: Descripcion

Curso: Electroqumica



Clave: 94ELEC

No. de creditos: 9

2: Objetivos

Estudiar los principios de los procesos de transferencia de carga a traves de interfases de

conductores ionicos y electronicos, as como los fundamentos y aplicaciones de los diversos

metodos electroqumicos.

3: Justificacion

La electroqumica es una disciplina fundamental que relaciona los fenomenos de trans-

formacion qumica con los procesos de transferencia de carga, en este sentido esta disci-

plina generada en el ambito de la fisicoqumica es indispensable para la comprension de

fenomenos tan variados como la generacion electroqumica de energa, la electrocatalisis,

la qumica electroanalitica y en general los procesos involucrados en las interfases de ma-

teriales conductores electrolticos y electronicos. La electroqumica es necesaria para el

desarrollo de sistemas basados en celdas de combustible, bateras y supercapacitores y es

una herramienta basica para la deteccion a nivel de trazas de contaminantes ambientales

y su eventual remediacion.

4: Contenido

1. Introduccion.

1.1 La electroqumica y sus alcances.

1.2 Aplicaciones y desarrollo historico.

1.3 Las diferentes tecnicas electroqumicas.

2. Las propiedades de la interfase electrodo-solucion y los modelos de la

doble capa.

2.1 El fenomeno electroqumico fundamental.

2.2 Procesos faradicos y no-faradicos.

2.3 Diagramas I-E.

3. Termodinamica electroqumica.

3.1 Reversibilidad termodinamica y electroqqumica.

3.2 Energa libre y potencial de una celda.

45

Bibliografa

3.3 Potenciales de media celda, la ecuacion de Nernst.

3.4 Electrodos de referencia y electrodos selectivos.

4. Cinetica electrodica.

4.1 Reacciones electroqumicas.

4.2 La ecuacion de Butler-Volmer.

4.3 La ecuacion de Tafel.

4.4 Procesos multielectronicos.

5. Fenomenos de transferencia de masa.

5.1 Fenomenos de transferencia de masa asociados con la electroqumica, ecuacion

de transferencia.

5.2 Migracion.

5.3 Migracion y difusion mezcladas.

5.4 Difusion.

5.5 Difusion en diferentes procesos y geometras.

6. Instrumentacion electroqumica.

6.1 Potenciostatos/ galvanostatos.

6.2 Analizadores de Respuesta a Frecuencia y Amplificadores Lock-In.

7. Tecnicas Electroqumicas.

7.1 Metodos basados en saltos de Potencial.

7.2 Metodos de Barrido de Potencial.

7.3 Metodos hidrodinamicos y electrodo de disco rotatorio.

7.4 Cronopotenciometra.

7.5 Espectroscopia de Impedancia electroqumica.

8. Tecnicas Electroqumicas compuestas.

8.1 Foto-Electroqumica.

8.2 Electroqumica acoplada a la espectroscopia de UV - Visible.

8.3 Electroqumica acoplada a difraccion de rayos X.

5: Bibliografa

[1] C.H. Bamford, C.F.H. Tippera , and R.G. Compton. Electrode Kinetics: Principles and

Methodology: Principles and Methodology. Comprehensive Chemical Kinetics. Elsevier

Science, 1986.

[2] A.J. Bard and L.R. Faulkner. Electrochemical Methods: Fundamentals and Applica-

46

2.9. Electroqumica

tions. Wiley, 2000.

[3] E. Barsoukov and J.R. Macdonald. Impedance Spectroscopy: Theory, Experiment, and

Applications. Wiley, 2005.

[4] J.O.M. Bockris and A.K.N. Reddy. Modern Electrochemistry 2B: Electrodics in Che-

mistry, Engineering, Biology and Environmental Science. Number v. 2 in Modern

electrochemistry. Springer, 2000.

[5] E. Gileadi. Electrode Kinetics for Chemists, Chemical Engineers and Materials Scien-

tists. Wiley, 1993.

[6] D. Pletcher, R. Greff, R. Peat, L.M. Peter, and J. Robinson. Instrumental Methods in

Electrochemistry. Chemical Science Series. Elsevier Science, 2001.



Tareas: 20 %

Proyecto: 2 %

Examen Final: 20 %

47

2.10. Energa Eolica

2.10. Energa Eolica

1: Descripcion

Curso: Energa Eolica.


Clasificacion: Topicos de especializacion.

Clave: 94ENEO

No. de creditos: 9

2: Objetivos

Analizar a la energa eolica como una fuente generadora de electricidad, enfatizando los

sistemas de monitoreo y los componentes principales de un sistema eolico en general.

3: Justificacion

El analisis de la energa eolica y los diferentes sistemas eolicos aplicados en la generacion

de electricidad forman parte fundamental en el estudio de la fuentes alternas de energa de

un programa de posgrado como o es la Maestra en Ciencias, con orientacion en Energas

Renovables y Ciencias Ambientales.

4: Contenido

1. Introduccion.

1.1 Perspectiva de las energas renovables.

1.2 Evolucion historica de la energa eolica.

1.3 Componentes principales de los sistemas eolicos.

1.4 Tipos de turbinas.

1.5 Situacion actual del mercado eolico.

2. El recurso eolico.

2.1 Caractersticas generales recurso eolico.

2.2 Potencia y energa eolica.

2.3 Analisis de datos y estimacion del recurso eolico.

2.4 Estimacion de la produccion de energa eolica utilizando tecnicas estadsticas.

2.5 Determinacion del recurso eolico.

2.6 Prediccion del recurso eolico.

2.7 Medicion e instrumentacion.

3. Aerodinamica y mecanica de turbinas eolicas.

3.1 Lmite de Betz.

49

Bibliografa

3.2 Turbina ideal de eje horizontal.

3.3 Conceptos generales de aerodinamica.

3.4 Diseno de aspas de turbinas.

3.5 Diseno general de rotor.

3.6 Aerodinamica de turbinas de eje vertical.

3.7 Carga de turbinas eolicas.

3.8 Principios generales de mecanica.

3.9 Dinamica del rotor eolico.

4. Aspectos electricos de turbinas eolicas.

4.1 Conceptos basicos de potencia electrica.

4.2 Transformadores de potencia.

4.3 Maquinas electricas.

4.4 Convertidores de potencia.

4.5 Aspectos electricos de turbinas eolicas de velocidad variable.

5. Diseno y pruebas de turbinas eolicas.

5.1 Procedimiento de diseno.

5.2 Estandares y especificaciones tecnicas de turbinas eolicas.

5.3 Diseno de cargas de turbinas eolicas.

5.4 Prueba de componentes.

6. Control de turbinas eolicas.

6.1 Aspectos generales del control de turbinas eolicas.

6.2 Conexion a la red electrica.

6.3 Teora de control dinamico.

7. Aplicaciones de energa eolica.

7.1 Eleccion del sitio.

7.2 Parques eolicos y conexion a la red electrica.

7.3 Generacion distribuida.

7.4 Sistemas hbridos.

7.5 Energa eolica mar adentro.

7.6 Aplicaciones especiales.

8. Aspectos economicos y ambientales de sistemas eolicos.

8.1 Costos de capital de sistemas eolicos.

8.2 Costos de operacion y mantenimiento.

50

2.10. Energa Eolica

8.3 Valor de la energa eolica.

8.4 Consideraciones de mercado.

8.5 Impacto visual de turbinas eolicas.

8.6 Ruido de turbinas eolicas.

8.7 Interferencia electromagnetica.

5: Bibliografa

[1] A.V. Da Rosa. Fundamentals of Renewable Energy Processes. Academic Press. Aca-

demic Press, 2012.

[2] P.F. Dez and Universidad de Cantabria. Departamento de Ingeniera Electrica y

Energetica. Energa eolica. Universidad de Cantabria, Escuela Politecnica Superior de

Ingeniera, 1993.

[3] R. Gasch and J. Twele. Wind Power Plants: Fundamentals, Design, Construction and

Operation. Electrical Engineering. Springer, 2011.

[4] G.L. Johnson. Wind energy systems. Prentice Hall PTR, 1985.

[5] J.F. Manwell, J.G. McGowan, and A.L. Rogers. Wind Energy Explained: Theory,

Design and Application. Wiley, 2010.

[6] M.R. Patel. Wind and Solar Power Systems: Design, Analysis, and Operation, Second

Edition. Taylor & Francis, 2005.

[7] M. Stiebler. Wind Energy Systems for Electric Power Generation: With ... 15 Tables.

Green Energy and Technology. Springer, 2008.



Tareas: 15 %

Proyecto: 20 %

Examen Final: 40 %

51

2.11. Energa Solar.

2.11. Energa Solar.

1: Descripcion

Curso: Energa Solar.


Clasificacion: Topicos de especializacion.

Clave: 94ENSO

No. de creditos: 9

2: Objetivos

Estudiar de manera sistematica los fenomenos de radiacion solar y su conversion a formas

de energa utiles para el hombre, dedicando especial atencion a los aspectos de conversion

fototermica, fotovoltaica y aplicaciones pasivas de la energa solar.

3: Justificacion

La Energa Solar y el estudio de sus distintas aplicaciones es una de las mas importan-

tes que debe abordar el programa academico de Maestra en Ciencias de la Ingeniera

en su orientacion de Energas Renovables y Ciencias Ambientales, tanto por la abundan-

cia del recurso en nuestras latitudes, como por la ausencia localmente de los energeticos

convencionales.

En este curso de estudian los aspectos generales de disponibilidad del recurso solar, su

disponibilidad y principales factores de influencia, los metodos para su evaluacion, as

como los aspectos de mayor relevancia que permiten su aprovechamiento tanto fototermico

como fotovoltaico, entre otros.

4: Contenido

1. Introduccion.

1.1 El Sol y la Constante Solar.

1.2 Distribucion Espectral de la Radiacion Solar Extraterrestre.

1.3 Variacion de la Radiacion Extraterrestre.

1.4 Geometra Solar, Tiempo Solar y Tiempo Civil.

1.5 Radiacion Solar Directa.

1.6 Radiacion Solar Difusa.

1.7 Radiacion Directa y Difusa Sobre Superficies Horizontales e Inclinadas.

1.8 Radiacion Solar Extraterrestre sobre una Superficie Horizontal.

2. Radiacion Solar, Disponibilidad, Variacion y Distribucion Geografica.

2.1 Introduccion y Definiciones.

2.2 Instrumentos de Medicion de Radiacion Solar: Pirheliometros y Piranometros.

53

Bibliografa

2.3 Determinacion de la Duracion del Da Solar (numero de horas de sol por da).

2.4 Datos sobre Radiacion Solar.

2.5 Atenuacion Atmosferica de la Radiacion Solar.

2.6 Radiacion Solar Promedio.

2.7 Distribucion diaria y horaria de nublados y de claridad.

2.8 Componentes Directo y Difuso de la Radiacion Horaria.

2.9 Componentes Directo y Difuso de la Radiacion Diaria.

2.10 Componentes Directo y Difuso de la Radiacion Promedio Mensual.

2.11 Estimacion de la Radiacion Horaria a Partir de Datos Diarios.

2.12 Radiacion Directa y Difusa.

2.13 Radiacion Total sobre Superficies con Inclinacion Fija.

2.14 Radiacion Promedio sobre Superficies con Inclinacion Fija.

2.15 Efectos de la Orientacion de la Superficie Receptora.

2.16 Concentracion de la Radiacion Solar.

2.17 Radiacion Directa sobre Superficies con Seguimiento.

3. Aspectos de Transferencia de Calor.

3.1 Espectro Electromagnetico.

3.2 Cuerpo Negro.

3.3 Ley de Planck y Ley de Desplazamiento de Wien.

3.4 Ecuacion de Stefan-Boltzman.

3.5 Flujo e Intensidad de Radiacion.

3.6 Transferencia de Radiacion IR entre Superficies Grises.

3.7 Radiacion del Cielo.

3.8 Coeficiente de Transferencia de Calor por Radiacion.

3.9 Conveccion Natural entre Placas Planas Paralelas.

3.10 Inhibicion de la Conveccion.

3.11 Relaciones de Transferencia de Calor para Flujos Internos.

3.12 Transferencia de Calor Debida al Viento.

3.13 Transferencia de Calor y Cada de Presion in Lechos Empacados.

4. Propiedades Opticas de Materiales.

4.1 Absorbancia y Emitancia.

4.2 Ley de Kirchoff.

4.3 Reflexion por Superficies.

54

2.11. Energa Solar.

4.4 Relacion entre Absorbancia, Emitancia y Reflectancia.

4.5 Medicion de Propiedades Radiativas Superficiales.

4.6 Superficies Selectivas.

4.7 Dependencia angular de la absortancia solar.

4.8 Superficies Especularmente Reflectivas.

5. Colectores Planos.

5.1 Descripcion.

5.2 Balance de Energa.

5.3 Distribucion de Temperatura.

5.4 Coeficiente Global de Transferencia de Calor.

5.5 Distribucion de Temperatura entre Tubos y Factor de Eficiencia del Colector.

5.6 Distribucion de Temperatura en la Direccion de Flujo.

5.7 Factor de Remocion de Calor y Factor de Flujo.

5.8 Flujo Medio y Temperatura de Placa.

5.9 Producto Efectivo Transmitancia-Absortancia.

5.10 Efectos de Polvo y Sombreado.

5.11 Efecto de la Capacidad Calorfica.

5.12 Otras Geometras.

6. Colectores de Concentracion.

6.1 Configuraciones de Colectores de Concentracion.

6.2 Razon de Concentracion.

6.3 Operacion Termica de Colectores de Concentracion.

6.4 Caractersticas Opticas de Colectores sin Imagen.

6.5 Orientacion y Energa Absorbida en Colectores CPC.

6.6 Operacion de Colectores CPC.

6.7 Colectores Concentradores de Imagen Lineal.

6.8 Concentradores Paraboloides.

6.9 Colectores de Recibidor Central.

6.10 Almacenamiento de Energa.

6.11 Agua de Almacenamiento.

6.12 Almacenamiento en Lechos Empacados.

6.13 Almacenamiento con Cambio de Fase.

6.14 Almacenamiento Qumico de Energa.

55

Bibliografa

7. Principios de la Conversion Fotovoltaica de la Energa Solar.

7.1 Teora de Bandas en Semiconductores.

7.2 Arrastre de Portadores.

7.3 Difusion de Portadores Procesos de Generacion y Recombinacion de Portadores.

7.4 Ecuacion de Continuidad.

7.5 Procesos de Emision Termionica.

7.6 Efectos de Campo Alto.

7.7 Union p-n.

7.8 Pasas Basicos de Fabricacion de una Union p-n.

7.9 Condicion de Equilibrio Termico.

7.10 Region de Agotamiento.

7.11 Capacitancia de Agotamiento.

7.12 Caracterstica I-V de Celdas Solares.

7.13 Almacenamiento de Carga y Comportamiento Transiente.

7.14 Rompimiento de Union.

7.15 Heterouniones.

8. Perspectivas de las Celdas Solares.

8.1 Celdas Solares de Silicio Monocristalino.

8.2 Celdas Solares de Silicio Policristalino.

8.3 Celdas Solares de Silicio Amorfo.

8.4 Celdas Solares de Pelculas Delgadas: CIS, GaAs, CdTe, etc..

8.5 Analisis de Mercados Fotovoltaicos.

9. Aplicacion de la Energa Solar en Sistemas Pasivos.

9.1 Concepto de Calentamiento Pasivo.

9.2 Criterio de Confort y Cargas de Calentamiento.

9.3 Aislamientos Moviles y Controles.

9.4 Sombreados.

9.5 Ventanas de Ganancia Directa.

9.6 Paredes y Techos Colectores-Almacenadores.

9.7 Metodos de Diseno: Solar Load Ratio 2 Resistance Network.

9.8 Invernaderos y Otras Aplicaciones de Sistemas Pasivos.

10. Perspectivas de la Energa Solar.

10.1 Proyectos Termicos Solares Actuales.

56

2.11. Energa Solar.

10.2 Proyectos Termosolares para la Generacion de Electricidad.

10.3 Principales Proyectos Fotovoltaicos para Aplicaciones Terrestres.

10.4 Principales Proyectos Fotovoltaicos para Aplicaciones Extraterrestres.

10.5 Proyectos de Aplicaciones Pasivas de la Energa Solar (Calentamiento y Enfria-

miento).

10.6 Aspectos Legales sobre Fuentes Alternas de Energa en General, y sobre la

Energa Solar en Particular.

5: Bibliografa

[1] R.H. Bube. Photovoltaic Materials. Series on properties of semiconductor materials.

Imperial College Press, 1998.

[2] H.B. Callen. Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics. Wiley, 1985.

[3] J. Carless. Energa renovable: gua de alternativas ecologicas. EDAMEX, 1995.

[4] D.M. Considine. Tecnologa de las energas: solar, hidraulica, geotermica y combus-

tibles qumicos. Enciclopedia de energa, tecnologa. Marcombo, 1989.

[5] F. DeWinter. Solar Collectors, Energy Storage, and Materials. Solar Heat Technolo-

gies : Fundamentals and Applications. MIT Press, 1990.

[6] I. Dincer and M. Rosen. Thermal Energy Storage: Systems and Applications. John

Wiley & Sons, 2002.

[7] J.A. Duffie and W.A. Beckman. Solar engineering of thermal processes. Wiley inters-

cience publication. Wiley, 1991.

[8] R. Foster, M. Ghassemi, and A. Cota. Solar Energy: Renewable Energy and the

Environment. Energy and the environment series. CRC PressINC, 2010.

[9] L.M. Fraas and L.D. Partain. Solar Cells and Their Applications. Wiley Series in

Microwave and Optical Engineering. Wiley, 2010.

[10] C.G. Granqvist. Materials science for solar energy conversion systems. Renewable

energy series. Pergamon, 1991.

[11] R.R. Hautala, R.B. King, C. Kutal, and American Chemical Society. Solar energy:

chemical conversion and storage. Contemporary issues in science and society. Humana

Press, 1979.

[12] L. Jayamaha. Energy-Efficient Building Systems : Green Strategies for Operation and

Maintenance: Green Strategies for Operation and Maintenance. Mcgraw-hill, 2006.

[13] S.A. Kalogirou. Solar Energy Engineering: Processes and Systems. Elsevier Science,

2013.

57

Bibliografa

[14] M.T. Katzman. Solar and wind energy: an economic evaluation of current and fu-

ture technologies. G - Reference, Information and Interdisciplinary Subjects Series.

Rowman & Allanheld, 1984.

[15] R. Larson and R.E. West. Implementation of Solar Thermal Technology. Solar Heat

Technologies Series. MIT Press, 2003.

[16] H.S. Lee. Thermal Design: Heat Sinks, Thermoelectrics, Heat Pipes, Compact Heat

Exchangers, and Solar Cells. Wiley, 2010.

[17] J.A. Mazer. Solar Cells: An Introduction to Crystalline Photovoltaic Technology.

Springer London, Limited, 2011.

[18] R.C. Neville. Solar Energy Conversion: The Solar Cell. Elsevier Science, 1995.

[19] Mukund R. Patel. Wind and Solar Power Systems: Design, Analysis, and Operation,

Second Edition. Mechanical Engineering. Taylor & Francis, 2006.

[20] J. Perlin. From Space to Earth: The Story of Solar Electricity. Aatec Publications,

1999.

[21] B. Ramlow and B. Nusz. Solar Water Heating: A Comprehensive Guide to Solar

Water and Space Heating Systems. Mother Earth News Wiser Living Series. New

Society Publishers, 2010.

[22] J. Singh. Semiconductor Devices : Basic Principles. Wiley India Pvt. Limited, 2007.

[23] S.M. Sze. SEMICONDUCTOR DEVICES: PHYSICS AND TECHNOLOGY, 2ND

ED. Wiley India Pvt. Limited, 2008.

[24] R. Thomas. Photovoltaics and Architecture. Spon Press, 2001.

[25] C.L. Wilson, Workshop on Alternative Energy Strategies, and Massachusetts Institute

of Technology. World Press Reception of the WAES Final Report: Energy: Global

Prospects, 1985-2000.. Massachusetts Institute of Technology, 1977.

[26] P. YU and M. Cardona. Fundamentals of Semiconductors: Physics and Materials

Properties. Graduate Texts in Physics. Springer, 2010.



Participacion en clase y asistencia 10 %

Tareas: 20 %

Exposiciones: 20 %

58

2.12. Estructura y Propiedades de los Materiales.


1: Descripcion

Curso: Estructura y Propiedades de los Materiales.



Clave: 94ESPM

No. de creditos: 9

2: Objetivos

Analizar la geometra y simetra de una estructura cristalina dada; representar grafica-

mente (con ayuda de software cristalografico) las redes directa y recproca, identificando

las operaciones de simetra asociadas a los grupos puntual y espacial de la estructura

considerada.

Describir, con ayuda de esquemas, ejemplos y formulas sencillas, los principales tipos de

defectos y desordenes que se presentan en los cristales reales, explicando cualitativamente

el origen de las imperfecciones en cristales.

Describir las caractersticas representativas de una estructura policristalina, aclarando el

concepto de textura cristalografica e introducira, los diferentes indicadores cuantitativos

de la textura, presentados en los materiales compuestos y explicara su utilidad.

Explicar las caractersticas estructurales de los materiales amorfos, nanoestructurados y

cuasicristalinos, mencionando las motivaciones cientfico-tecnicas actuales y potenciales de

estos tipos de materiales. Presentar los fundamentos de las propiedades electroqumicas

de los materiales.

3: Justificacion

La descripcion de las principales caractersticas estructurales de los metales y aleaciones de

uso frecuente en la actualidad, la explicacion del origen microscopico de las peculiaridades

de los metales, permitira al estudiante discutir la sustitucion de metales por otros materia-

les en diversas aplicaciones tecnologicas. Por otro lado, dara elementos para describir los

aspectos estructurales basicos, las propiedades y las aplicaciones de las llamadas ceramicas

tradicionales y de ceramicos funcionales, as como los aspectos qumicos y estructurales

basicos, las propiedades y las aplicaciones de los polmeros.

Asimismo, permitira presentar las diferentes magnitudes empleadas para caracterizar las

propiedades mecanicas de los materiales, propiedades electromagneticas, opticas y estruc-

tura y propiedades de los materiales avanzados.

4: Contenido

1. Estructura de la materia condensada.

1.1 Elementos de Cristalografa.

1.2 Defectos puntuales, lineales y superficiales.

59

Bibliografa

1.3 Policristales y compuestos.

1.4 Nanoestructuras, amorfos y cuasicristales.

2. Familias de materiales.

2.1 Metales y aleaciones.

2.2 Aleaciones de aluminio.

2.3 Bronces y latones.

2.4 Aceros al carbono y de baja aleacion.

2.5 Aceros inoxidables.

2.6 Aplicaciones tecnologicas actuales y perspectivas de los metales y aleaciones.

2.7 Ceramicos.

2.8 Polmeros.

2.9 Otras familias de materiales.

2.10 Materiales moleculares y supramoleculares.

3. Las propiedades de los materiales.

3.1 Propiedades mecanicas.

3.2 Propiedades electromagneticas y optica.

3.3 Propiedades electroqumicas.

5: Bibliografa

[1] J.P.A. MCKELVEY and H. Grotch. Fsica para ciencias e ingeniera. Harla, Harper

& Row Latinoamericana, 1980.

[2] J.B. Pierce. Qumica de la materia. Publicaciones Cultural, 1973.

[3] J.F. Shackelford, A. Guemes, and N.M. Comas. Introduccion a la ciencia de materiales

para ingenieros. Pearson Educacion, 2005.

[4] W.F. Smith and J. Hashemi. Fundamentos de la ciencia e ingeniera de materiales.

McGraw-Hill, 2006.

[5] L.H. Van Vlack and A.A. Valladares. Materiales para ingeniera. Compana Editorial

Continental, 1980.



Tareas: 15 %

Proyecto: 20 %

Examen Final: 40 %

60


61

2.13. Fenomeno de Transporte.


1: Descripcion

Curso: Fenomeno de Transporte.



Clave: 94FETR

No. de creditos: 9

2: Objetivos

Aportar los conocimientos cientficos basicos y fundamentales para:

1. Entender los fenomenos fsicos involucrados en la industria qumica, remediacion del

medio ambiente y de produccion y transporte de energa,

2. Disenar el equipo o prototipos experimentales necesario necesarios para la investiga-

cion cientfica o aplicada en la industria qumica, remediacion del medio ambiente y

de produccion y transporte de energa, modelos basados en los fenomenos de trans-

porte de calor, masa y momentum.

3: Justificacion

El diseno de los equipos o prototipos experimentales para la industria qumica, remedia-

cion del medio ambiente y de produccion y transporte de energa debe estar basado en

conocimientos cientficos derivados de un entendimiento y manejo de los fenomenos de

transporte de masa, momentum y calor.

4: Contenido

1. Metodo del elemento diferencial para el analisis de problemas de momen-

tum calor y masa.

1.1 Flujo a traves de un tubo circular.

1.2 Flujo a traves de una seccion anular.

1.3 Conduccion de calor con fuente calorfica de origen qumico.

1.4 Conduccion de calor a traves de paredes compuestas cilndricas.

1.5 Conveccion y conduccion de calor, a traves del enfriamiento de un fluido circu-

lando en un tubo circular.

1.6 Difusion con reaccion qumica homogenea.

1.7 Difusion en una pelcula liquida descendente: Transferencia de materia por con-

veccion forzada.

1.8 Difusion y reaccion qumica en el interior de un catalizador poroso.

63

Bibliografa

2. Metodo de las ecuaciones generales de cambio para el analisis de proble-

mas de momentum calor y masa.

2.1 Deduccion de la ecuacion de continuidad y de Navier -Stokes en coordenadas

rectangulares.

2.2 Se analizaran todos los problemas de la seccion anterior usando este metodo.

2.3 Se usara este metodo en la solucion de problemas con mayor complejidad.

2.4 Metodo integral para el analisis de problemas de momentum, calor y masa.

3. Metodo integral para analisis de problemas de momentum, calor y masa.

3.1 La ecuacion de continuidad.

3.2 Ecuaciones de momentum lineal y angular.

3.3 Ecuacion de energa.

4. Problemas en estado no estacionario y con mas de una variable indepen-

diente de momentum, calor y masa.

4.1 Flujo viscoso no estacionario.

1) Flujo en las proximidades de una pared que se pone subitamente en movi-

miento.

2) Flujo laminar no estacionario en un tubo circular.

4.2 Flujo potencial bidimensional en estado estacionario.

4.3 Teora de la capa limite.

4.4 Calentamiento de una lamina semi infinita.

4.5 Calentamiento de una lamina finita.

4.6 Enfriamiento de una esfera que esta en contacto con un fluido agitado.

4.7 Evaporacion en estado no estacionario.

5. Flujo turbulento de masa, calor y momentum.

5.1 Ajuste de tiempo para las ecuaciones generales de cambio.

5.2 Distribuciones de velocidad, temperatura y concentracion.

6. Fenomenos de transporte de calor, masa y momentum en la interfase.

6.1 El factor de friccion.

6.2 Diagrama de Moody.

6.3 Metodos para determinar el coeficiente conectivo de calor:

1) Analisis dimensional.

2) Metodo de Blasius.

3) Metodo de Von Karman.

4) Analogas de transporte de momentum y energa.

64


5) Correlaciones para obtener el coeficiente convectivo de masa.

6.4 Metodos para determinar el coeficiente convectivo de masa:

1) Analisis dimensional.

2) Metodo de Blasius.

3) Metodo de Von Karman.

4) Analogas de transporte de momentum y energa y masa.

5) Correlaciones para obtener el coeficiente convectivo de calor.

6) Equipo para la transferencia de masa.

6.5 Transferencia convectiva entre fases.

1) Equilibrio.

2) Teora de las dos resistencias.

6.6 Equipo para la transferencia de masa.

5: Bibliografa

[1] R.B. Bird, E.N. Lightfoot, and W.E. Stewart. Transport Phenomena. Wiley, 2002.

[2] W.M. Deen. Analysis of Transport Phenomena. Keith E.Gubbins. OUP USA, 1998.

[3] S. Middleman. An Introduction to Mass and Heat Transfer: Principles of Analysis and

Design Selected Chapters for The Ohio State University. Wiley, 2009.

[4] Stanley Middleman. An Introduction to Fluid Dynamics: Principles of Analysis and

Design. Wiley, 1998.


Se considerara un examen de medio semestre (25 %), un examen final (40 %), las tareas

(10 %), y se encargara un proyecto relacionado con la participacion de los fenomenos de

transporte de masa, calor y momentum en su tesis. (25 %)

65

2.14. Fisicoqumica de Materiales.


1: Descripcion

Curso: Fisicoqumica de Materiales.



Clave: 94FIMA

No. de creditos: 9

2: Objetivos

1. Analizar los antecedentes fsicos del establecimiento de la Mecanica Cuantica.

2. Explicar el significado fsico de la Ecuacion de Schrodinger y su aplicacion a la

descripcion de la estructura electronica de atomos y sistemas mas complejos.

3. Explicar el modelo del electron libre y sus aplicaciones en ciencia de materiales.

4. Explicar las ideas basicas de la teora de bandas y sus aplicaciones en ciencia de

materiales.

5. Describir la fenomenologa de la difusion atomica en materiales, sus leyes basicas y

su aplicacion a materiales diversos.

6. Identificar las fases y los procesos asociados a un diagrama de equilibrio dado. Ex-

plicar y aplicar las reglas de las fases y de la palanca.

7. Analizar, de manera simplificada, el fundamento termodinamico de las transforma-

ciones de fases en materiales.

8. Describir la evolucion temporal de materiales diversos en transito hacia la estructura

de equilibrio.

9. Describir fsicamente el origen microscopico de las principales propiedades mecanicas

de los materiales.

10. Describir fsicamente el origen microscopico de las principales propiedades electro-

magneticas y opticas de los materiales.

11. Explicar los fundamentos y las principales manifestaciones practicas de la catalisis

y la corrosion.

3: Justificacion

El conocimiento de los fundamentos teoricos de constitucion y comportamiento de la ma-

teria es primordial para el estudiante de la Orientacion de Materiales, dado que con ello se

inicia la formacion y dilucidacion de los fenomenos de transformacion surgidos a partir de

modificaciones controladas (o no) de los materiales y/o procesos propuestos durante una

67

Bibliografa

investigacion dada.

4: Contenido

1. Estructura electronica de los materiales.

1.1 Antecedentes de la Mecanica Cuantica.

1.2 La ecuacion de Schrodinger.

1.3 El Modelo de Electron Libre.

1.4 Teora de Bandas.

2. Transformaciones de fases

2.1 Difusion.

2.2 Diagramas de equilibrio.

2.3 Termodinamica de las transformaciones de fases.

2.4 Cinetica de las transformaciones de fases.

3. La relacion estructura - propiedades estructura y propiedades mecanicas.

3.1 Origen microscopico de la elasticidad y la dilatacion termica.

3.2 Mecanismo microscopico de la deformacion plastica.

3.3 Descripcion microscopica de la fractura, la fatiga, el endurecimiento y la recu-

peracion.Papel de las dislocaciones, las maclas, las inclusiones, los poros y otros

agentes.

3.4 .Estructura electronica y propiedades electromagneticas.

3.5 Fenomenos de superficie.

3.6 Metodos de proteccion contra la corrosion: Proteccion anodica.

5: Bibliografa

[1] G.W. Castellan and M.E.C. Basn. Fisicoqumica. Fondo Educativo Interamericano,

1987.

[2] R. Chang. Fisicoqumica. McGraw-Hill Interamericana de Espana S.L., 2008.

[3] K. Christmann. Introduction to surface physical chemistry. Topics in physical che-

mistry. Steinkopff, 1991.

[4] J. Espenson. LSC Chemical Kinetics and Reaction Mechanisms. McGraw-Hill series

in advanced chemistry. McGraw-Hill Education, 2002.

[5] I.M. Klotz and R.M. Rosenberg. Chemical Thermodynamics: Basic Concepts and

Methods. Wiley, 2008.

[6] K.J. Laidler. The Chemical Kinetics of Excited States. Oxford, 1955.

68


[7] L. Pauling. The Nature of the Chemical Bond and the Structure of Molecules and

Crystals: An Introduction to Modern Structural Chemistry. G - Reference,Information

and Interdisciplinary Subjects Series. Cornell University Press, 1960.

[8] A.A.F. PEARSON and R.G. PEARSON. Kinetics and Mechanism, Etc. (Second Edi-

tion.). New York, London, 1961.



Tareas: 15 %

Proyecto: 20 %

Examen Final: 40 %

69

2.15. Fotocatalisis Heterogenea.

2.15. Fotocatalisis Heterogenea.

1: Descripcion

Curso: Fotocatalisis Heterogenea.


Clasificacion: Topicos de Especializacion.

Clave: 94FOHE

No. de creditos: 9

2: Objetivos

Proporcionar los conocimientos basicos y de ingeniera que existen a la fecha acerca de la

fotocatalisis heterogenea como metodo de purificacion del agua para beber. Esta tecnica

se ubica en los Procesos Avanzados de Oxidacion, acerca de las cuales se esta realizando

investigacion cientfica con el objetivo de proponer patentes de prototipos para su imple-

mentacion tecnologica.

3: Justificacion

Las tecnicas de purificacion de agua basadas en los procesos avanzados de oxidacion y

concretamente la fotocatalisis heterogenea estan en el interes mundial y aun requieren

estudio e investigacion desde el punto de vista basico e ingenieril para su implementacion

como tecnica comercial. Esto va a contribuir a resolver el problema de la purificacion del

agua para beber.

4: Contenido

1. Cinetica en foto catalisis y ecuaciones de reaccion.

1.1 Las reacciones foto cataltica.

1.2 Modelamiento de las reacciones foto catalticas.

1.3 El efecto de la irradiacion de la lampara y la cantidad de catalizador en la

reaccion fotocataltica.

1.4 Adsorcion y velocidades de reaccion foto catalticas.

2. Reactores foto catalticos novedosos para el tratamiento de agua y aire.

2.1 Reactores para el tratamiento de agua.

2.2 Reactores con suspension de TiO2.

2.3 Reactores con TiO2 inmovilizado.

2.4 Reactores iluminados artificialmente.

2.5 Diseno de reactores foto catalticos solares.

2.6 Reactores foto catalticos para el tratamiento de aire.

2.7 Reactores foto catalticos CREC.

71

Bibliografa

3. Fotocatalizadores, fuentes de radiacion y equipos auxiliares para foto-

catalisis.

3.1 Foto catalizadores.

3.2 Fuentes de radiacion.

3.3 Equipos auxiliares.

1) Radiometro digital.

2) Espectro-foto radiometro.

3) Unidad de calibracion de la lampara.

4) Colimadores tubulares para medir la transmision de la radiacion.

4. El campo de irradiacion en reactores foto catalticos.

4.1 Balance macroscopico de energa y coeficientes de extincion.

4.2 Determinacion de absorcion de la radiacion en el reactor Photo CREC Water

II.

4.3 Transmision de la radiacion a traves de varias muestras de TiO2.

4.4 Coeficientes de extincion.

5. Modelamiento cinetico de la red de reacciones foto catalticas.

5.1 Modelamiento cinetico de la conversion foto cataltica de compuestos fenolicos.

5.2 El modelo cinetico serie paralelo.

5.3 Estimacion de parametros.

6. Factores de eficiencia de energa en procesos fotocatalticos.

6.1 Rendimientos cuanticos.

6.2 El factor de eficiencia foto qumico y termodinamico.

6.3 Evaluacion de la entalpia de formacion del radical OH.

7. Modelamiento de la reaccion y los procesos de adsorcion.

7.1 Modelamiento de los procesos de adsorcion y reaccion.

7.2 Adsorcion y reaccion de contaminantes modelo.

7.3 Estimacion de parametros de adsorcion.

7.4 Estimacion de parametros de reaccion intrnsecos.

7.5 Calculo del rendimiento cuantico y del PTEF.

8. Degradacion foto cataltica de contaminantes en el aire.

8.1 Modelamiento cinetico de la reaccion foto cataltica.

8.2 Modelamiento cinetico de la reaccion de la acetona, acetaldehdo e iso propanol.

8.3 Rendimiento cuantico en reactores Photo CREC.

72

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