Bienvenida
La óptica es una de las ramas más antiguas de la física que en los últimos años ha tenido un resurgimiento importante en el campo de las energías renovables, y es uno de los principales motivos por los que se incluye en el mapa curricular de la Ingeniería en Energías Renovables.
Sistemas ópticos es una asignatura que se fundamenta en la óptica geométrica para comprender los fenómenos que se producen cuando se utilizan sistemas formadores de imágenes como lentes, espejos y prismas.
En la asignatura se analizan los efectos producidos en algunos sistemas de energías renovables cuando se les adaptan los sistemas ópticos descritos anteriormente. Sin embargo, existe una rama de la óptica conocida como óptica anidólica (no se forman imágenes) que estudia la transferencia de energía radiante entre la fuente luminosa y el receptor, enfocándose principalmente en parámetros de eficiencia en dispositivos o sistemas de energías solares. Ambos sistemas, los formadores de imágenes y los anidólicos, se utilizan actualmente en sistemas fototérmicos y fotovoltaicos para mejorar la producción de energía limpia a partir de ellos.
Gonzofoto. (2007). Máquinas ópticas. [Imagen] Flickr. https://flic.kr/p/XGWMb
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Competencias
Competencia general
Analiza sistemas ópticos convencionales y anidólicos para evaluar los sistemas fotovoltaicos y fototérmicos mediante el diseño de concentradores y captadores para guiar la radiación solar.
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Temario
El contenido que estudiarás en cada unidad de este módulo se presenta a continuación.
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Unidad 1. Fundamentos de la óptica geométrica
1.1. Introducción
1.1.1. Teoría corpuscular de la luz
1.1.2. Teoría ondulatoria de la luz
1.1.3. Principio de Fermat
1.2. Leyes de reflexión y refracción
1.2.1. Reflexión de la luz
1.2.2. Refracción de la luz y ley de Snell
1.2.3. Ángulo crítico
1.3. Formación de imágenes en superficies esféricas
1.3.1. Trazo de rayos
1.3.2. Fórmula de Gauss
1.3.3. Teorema del seno y de Lagrange
1.3.4. Amplificación lateral y longitudinal
1.3.5. Materiales ópticos
Unidad 2. Sistemas ópticos
2.1. Lentes delgadas
2.1.1. Tipos de lentes
2.1.2. Parámetros ópticos de las lentes delgadas
2.1.3. Fórmula de Gauss para lentes delgadas
2.1.4. Formación de imágenes en lentes convergentes y lentes divergentes
2.2. Espejos esféricos
2.2.1. Formación de imágenes en lentes esféricos
2.2.2. Aplicaciones
2.3. Lentes de Fresnel
2.3.1. Descripción de una lente de Fresnel
2.3.2. Formación de imágenes en lentes de Fresnel
2.3.3. Aplicaciones en tecnología solar
2.4. Sistemas de varias lentes
2.4.1. Distancia focal efectiva
2.4.2. Distancia focal posterior
Unidad 3. Diseño y análisis de sistemas ópticos aplicados a tecnologías solares
3.1. Fundamentos ópticos de la concentración solar
3.1.1. Óptica anidólica
3.1.2. Aceptancia angular
3.1.3. Límite de la concentración para una fuente en el infinito (Sol)
3.2. Concentración y captación solar
3.2.1. Concentración solar de potencia
3.2.2. Energía solar térmica
3.3. Diseño de un concentrador térmico fotovoltaico
3.3.1. Métodos de caracterización de concentradores solares
3.3.2. Implementación del concentrador al sistema térmico fotovoltaico
Metodología
- Desarrollo a distancia de los contenidos teóricos con la ayuda de mapas conceptuales.
- Resolución de ejercicios de refuerzo para mayor comprensión del contenido.
- Discusiones en foros con otros(as) estudiantes.
- Evaluaciones y tutorías en línea.
Evaluación
Para acreditar la asignatura se espera la participación responsable y activa del estudiante, contando con el acompañamiento y comunicación estrecha con su docente en línea, quien, a través de la retroalimentación permanente, podrá evaluar de manera objetiva su desempeño.
En este contexto, la retroalimentación permanente es fundamental para promover el aprendizaje significativo y reconocer el esfuerzo. Es requisito indispensable la entrega oportuna de cada una de las tareas, actividades y evidencias, así como la participación en foros y demás actividades programadas en cada una de las unidades y conforme a las indicaciones dadas. Los instrumentos de evaluación establecidos para cada actividad contienen los criterios y lineamientos para realizarlas, por lo que es importante que el (la) estudiante los revise antes de elaborar sus actividades.
A continuación, se presenta el esquema general de evaluación correspondiente a esta asignatura:
| Esquema de evaluación | |||
| Evaluación continua | Actividades colaborativas | 10% | |
| Actividades individuales | 30% | ||
| E-portafolio | Evidencia de aprendizaje | 40% | |
| Autorreflexiones | 10% | ||
| Asignación a cargo del docente | Instrumentos y técnicas de evaluación propuestas por el docente en línea | 10% | |
| Calificación final | 100% | ||
Cabe señalar que para aprobar la asignatura, se debe de obtener la calificación mínima indicada por la UnADM
Fuentes de consulta
- Álvarez F. B. (2011). Sistemas ópticos para concentración, captación y guiado de radiación solar. España: Tesis doctoral de la Universidad Computlense de Madrid.
- Chemisana V.D. (2009). Diseño y caracterización de un concentrador térmico – fotovoltaico cuasiestacionario para integración arquitectónica. España: Tesis doctoral de la Universidad de Lleida.
- Figueras A. M. (2013). La óptica geométrica. Óptica sin ondas. España: Universidad Abierta de Cataluña.
- Hecht, E. y Zajac A. (2004). Óptica. Buenos Aires: Addison-Wesley Iberoamericana.
- Jaramillo S. O. (1998). Transporte de energía solar concentrada a través de fibras ópticas: acoplamiento fibra - concentrador y estudio térmico. México: Tesis de maestría de la Universidad Nacional Autónoma de México.