CONTROL E INSTRUMENTACIÓN. Programa sintético Control e Instrumentación Datos básicos Semestre Horas de teoría Horas de práctica.

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1 CONTROL E INSTRUMENTACIÓN Programa sintético Control e Instrumentación Datos básicos Semestre Horas de teoría Horas de práctica Horas trabajo adicional estudiante Créditos IX Objetivos El alumno adquirirá los elementos para seleccionar el tipo de control a utilizar, estimar sus valores de sintonización en sistemas de control simple retroalimentado y la instrumentación de procesos en Ingeniería Química. Contribución al Perfil de Egreso Competencias a Desarrollar Proporciona los principios de la modelación al diseño de sistemas de control automático de procesos químicos. Proporcionar los principios de los diferentes elementos de medición aplicables a la detección de variables que se presentan en los procesos químicos. Competencias Genéricas Competencias Profesionales Razonamiento Científico-Tecnológico Comunicación en español e inglés Cognitiva Emprendedora. Competencia en el análisis y optimización de procesos productivos de la industria química. Competencia en el diseño y operación de equipo utilizado en las operaciones unitarias de la industria química. Temario Unidades Contenidos Unidad 1 Simbología y diagramas de instrumentación Unidad 2 Modelación dinámica de sistemas de control. Unidad 3 Análisis dinámico de lazo abierto. Unidad 4 Sistemas de control automático con retroalimentación. Unidad 5 Diseño de controladores. Unidad 6 Sistemas de control Avanzado. Unidad 7 Elementos finales de Control. Métodos prácticas y Unidad 8 Métodos Prácticas Elementos primarios de medición. La clase se impartirá mediante sesiones expositivas por parte del maestro mediante técnicas de basado en problemas, significativo, así como prácticas de investigación. La participación del alumno será esencial en las tareas y trabajos de investigación con la finalidad de completar los temas y tópicos del. El proceso - se reforzará mediante trabajos de investigación, prácticas de laboratorio y tareas para cada uno de los temas. El profesor fomentará el uso de las TIC s y de programas especializados para Pág. 1

2 Mecanismos y procedimientos de evaluación Programa sintético solución y simulación de problemas. Exámenes 1o Examen departamental, comprende 20 sesiones de parciales una hora aproximadamente, su valor es del 70 %. Actividades como prácticas, tareas, participaciones, investigaciones y otras tendrán un valor de 30 %. 2o Examen departamental, comprende 20 sesiones de una hora aproximadamente, su valor es del 70 %. Actividades como prácticas, tareas, participaciones, investigaciones y otras tendrán un valor de 30 %. 3o Examen departamental, comprende 20 sesiones de una hora aproximadamente, su valor es del 70 %. Actividades como prácticas, tareas, participaciones, investigaciones y otras tendrán un valor de 30 %. 4o Examen departamental, comprende 20 sesiones de una hora aproximadamente, su valor es del 70 %. Actividades como prácticas, tareas, participaciones, investigaciones y otras tendrán un valor de 30 %. Evidencias de Portafolio de evidencias a través el cual se evalúan las desempeño competencias desarrolladas y que puede consistir de: Cuadernillo de ejercicios resueltos. Reportes de prácticas. Simulaciones. Documentación de prototipos. Reportes técnicos relacionados con la materia (escrito, fotos y/o videos). Otras que el profesor considere pertinentes. Examen ordinario Promedio de los cuatro exámenes parciales. Examen Examen en que se evaluará todo el programa. Será extraordinario requisito indispensable que el alumno haya asistido y aprobado el 90 % de las prácticas. Examen a título Examen en que se evaluará todo el programa. Será requisito indispensable que el alumno haya asistido y aprobado el 90 % de las prácticas. Examen de Examen en que se evaluará todo el programa. Será regularización requisito indispensable que el alumno haya asistido y aprobado el 90 % de las prácticas. Otros métodos y El alumno hará uso de un software para la solución de procedimientos Otras actividades académicas requeridas problemas aplicados. La participación en clases, trabajos extra-clase de investigación, tareas, asistencia a clases y trabajos en equipo. Pág. 2

3 Bibliografía básica referencia de Bibliografía Complementaria Programa sintético 1. Stephanopoulos, George. Chemical Process Control: An introduction to Theory and Practice. Prentice Hall. 2. Thomas, E., Marlin. Process Control: Designing Processes and Control Systems for Dynamic Performance. McGraw Hill. 3. Smith, C. A y Corripio, A. B. Principios y Práctica de Control Automático de Procesos. John Wiley & Sons. 4. Coughanowr, D. R. y Koppel, L. B. Process System Analysis and Control. Prentice Hall, Creus, A. Instrumentación Industrial. Alfaomega Marcombo. 6. Deshpande, P. B. y Ash, R. H. Elements and Computer Process Control. Prentice Hall, Seborg, D.E., Edgar, T.F. y Mellichamp. Process Dynamics and Control. John Wiley & Sons, Pallas, Areny R. Sensores y Acondicionadores de Señal. Marcombo. 9. Hauptmann, Peter. Sensor: Principles and Applications. Prentice Hall. 10. Anderson, Norman A. Instrumentation for Process Measurement and Control. Foxboro. 11. Douglas, M. Coisidine. Manual de Instrumentación Aplicada. McGraw Hill. Pág. 3

4 PROGRAMA ANALITICO A) CONTROL E INSTRUMENTACIÓN B) DATOS BÁSICOS DEL CURSO Semestre Horas de teoría por semana Horas de práctica por semana Horas trabajo adicional estudiante Créditos IX C) OBJETIVOS DEL CURSO Objetivos generales Objetivos específicos Al finalizar el el estudiante: Adquirirá los elementos para seleccionar el tipo de control a utilizar, estimar sus valores de sintonización en sistemas de control simple retroalimentado y la instrumentación de procesos en Ingeniería Química. Unidades Objetivo específico Simbología y diagramas de El estudiante conocerá las normas utilizadas en la instrumentación Modelación dinámica de sistemas de control. Modelación dinámica de sistemas de control. Sistemas de control automático con retroalimentación. Diseño de controladores. Sistemas de control Avanzado. Elementos finales de Control. Elementos primarios de medición. instrumentación de los procesos industriales. Comprenderá los conceptos fundamentales de los elementos y sistemas de control. Deducirá el modelo matemático de sistemas físicos. Obtendrá la respuesta en el dominio del tiempo de sistemas físicos. Comprenderá los efectos de los diferentes modos de control (P, PI, PID) en la respuesta de los sistemas. Analizará la estabilidad de sistemas de control automático. Determinará los parámetros de ajuste de los controladores a lazo cerrado. Comparará las respuestas de algunos de los sistemas de control avanzados vs. el control retroalimentado. Seleccionará los elementos finales de control. Conocerá los diferentes principios para la medición de las variables temperatura, nivel, flujo y presión. Identificará algunos medidores de temperatura, presión, nivel y presión. Pág. 4

5 Contribución al Perfil de Egreso Competencias a Desarrollar Proporciona los principios de la modelación al diseño de sistemas de control automático de procesos químicos. Proporcionar los principios de los diferentes elementos de medición aplicables a la detección de variables que se presentan en los procesos químicos. Competencias Genéricas Competencias Profesionales Razonamiento Científico-Tecnológico Comunicación en español e inglés Cognitiva Emprendedora. Competencia en el análisis y optimización de procesos productivos de la industria química. Competencia en el diseño y operación de equipo utilizado en las operaciones unitarias de la industria química. D) CONTENIDOS Y MÉTODOS POR UNIDADES Y TEMAS Unidad 1 Lecturas y otros res Unidad Simbología ISA 1.2 Características de los instrumentos (Simbología SAMA) 1.3 Precisión 1.4 Histéresis 1.5 Rango 1.6 Alcance Identificar las distintas simbologías de representación de los instrumentos industriales (ISA y SAMA). Buscar y seleccionar información de normas utilizadas en instrumentación. Identificar en planos de procesos industrial los símbolos y normas utilizadas en instrumentación. 2.1 Definiciones: Entrada, salida, planta, sistema, control, sistema de control, lazo abierto, lazo cerrado, sistema lineal, sistema no lineal, variable controlada, variable manipulada, variable de desviación, función de transferencia, diagramas a bloques en el dominio de Laplace. 2.2 Modelos de procesos químicos. 2.3 Linearización de procesos no lineales. 2.4 Simulación dinámica simple de procesos en computadora Pág. 5

6 Lecturas y otros res Unidad 3 Lecturas y otros res Unidad 4 Buscar y seleccionar información general de conceptos y definiciones de control. Comprender las definiciones de los elementos y sistemas básicos de control. Buscar y seleccionar información de las leyes del comportamiento físico de sistemas. Deducir modelos matemáticos por medio de balances en procesos químicos. Linealizar términos no lineales utilizando las series de Taylor. Deducir modelos matemáticos lineales de procesos químicos. Deducir modelos matemáticos lineales de procesos químicos en términos de variables de desviación. Aplicar la transformada de Laplace a los modelos. Establecer la función de transferencia de diferentes sistemas. 3.1 Sistemas de primer orden. 3.2 Sistemas de segundo orden. 3.3 Sistemas de orden superior Definir las diferentes funciones de excitación. Identificar elementos de entrada y salida de sistemas de control en el dominio del tiempo. Simular la respuesta en el tiempo de sistemas de primer orden. Simular la respuesta en el tiempo de sistemas de segundo orden. Simular la respuesta en el tiempo de sistemas de orden superior Diagramas de Bloques Desarrollo de funciones de transferencia Tipos de sistemas de control retroalimentado Comportamiento dinámico de sistemas de control retroalimentado Estabilidad de sistemas de control retroalimentado. Pág. 6

7 Lecturas y otros res Unidad 5 Lecturas y otros res Unidad 6 Lecturas y otros res Elaborar diagramas de bloques. Buscar y seleccionar información de los modos de control y sintonización. Comprender el comportamiento de los diferentes modos de control y sus combinaciones en los procesos, Seleccionar el control adecuado para un proceso. Determinar la estabilidad de un sistema, por análisis de sus raíces en el plano complejo. 5.1 Diseño de controladores Basados en respuesta en el dominio de Lapace Basados en otros dominios. Investigar las diferentes técnicas para la sintonización de controladores. Aplicar técnicas de sintonización (cálculo de los parámetros). Comparar las respuestas de lazo cerrado con diferentes conjuntos de parámetros. 6.1 Control en cascada. 6.2 Control anticipatorio. 6.3 Control inferencial. Buscar y seleccionar información general de conceptos y definiciones de control avanzado. Comprender las definiciones de los elementos y sistemas básicos de control avanzado. Comparar las respuestas de los sistemas de control avanzado vs. control retroalimentado. Pág. 7

8 Unidad 7 Lecturas y otros res 7.1 Tipo de Válvulas automáticas de control de caudal. 7.2 Características de caudal inherente en válvulas de globo. 7.3 Dimensionamiento de válvulas de Globo Comprender el funcionamiento y características de las válvulas de control. Identificar la diferencia entre características inherente e instalada. Seleccionar la válvula de control. Unidad Medidores de Presión. (Manómetros) De deformación mecánica (bourdon, espiral, hélice) De columna hidrostática De diafragma (celdas PD) Electrónicos (de cuarzo) Medidores de Flujo Tipo Turbina Placa orificio Medidor magnético Tubo Vénturi Anubar Pitot Ultrasonido Coriolis Medidores de Temperatura Elementos bimetálicos (termostatos) Termopar RTD Termistor Pirómetros 8.4. Medidores de Nivel Flotador Tubo de vidrio Desplazamiento Burbujeo (Válvula de purga) Columna hidrostática Medidor de capacitancia Celdas de presión diferencial Ultrasonido Pág. 8

9 Lecturas y otros res Investigar sobre la teoría básica de la temperatura, flujo, nivel y presión. Investigar los principios de funcionamiento de los diferentes tipos de medidores para las variables físicas. E) ESTRATEGIAS DE ENSEÑANZA Y APRENDIZAJE Estimar mediante un examen diagnóstico el nivel de y comprensión de los conocimientos previos, con objeto de homogeneizarlos. Realizar sesiones grupales con apoyos audiovisuales (videos, filminas, fotos etc.) donde se muestren los instrumentos de control industrial y su evolución desde los instrumentos montados en campo, tableros de control locales, cuartos de control hasta computadoras de control de procesos. Realizar investigación en distintas fuentes de información sobre nomenclatura y estándares en simbología de instrumentación. Establecer talleres de discusión sobre instrumentación apoyándose en diagramas de flujo de ingeniería (con instrumentación). Se sugiere apoyarse con material de proveedores de equipo de instrumentación. Realizar visitas a empresas de la localidad que cuenten con sistemas de control en sus procesos. Elaborar material didáctico de apoyo al. Realizar talleres de trabajo con paquetes computacionales de simulación de procesos. Elaborar proyectos finales enfocados al control de procesos sencillos en laboratorio, empleando una computadora. Diseñar prácticas para que el alumno las desarrolle en el laboratorio y solicitar el informe correspondiente. Fomentar la aplicación de software para la solución de problemas. Promover la solución de problemas en forma individual y grupal. Realizar presentaciones sobre temas del. Realizar una recapitulación de los temas principales, al término de cada unidad. F) EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN Elaboración y/o presentación de: Periodicidad Abarca Ponderación Primer examen parcial 20 sesiones Unidades 1 y % Segundo examen parcial 20 sesiones Unidades 3 y % Tercer examen parcial 20 sesiones Unidades 5 y % Tercer examen parcial 20 sesiones Unidades 7 y % Examen ordinario TOTAL 100 % Pág. 9

10 G) BIBLIOGRAFÍA Y RECURSOS INFORMÁTICOS Textos básicos: 1. Stephanopoulos, George. Chemical Process Control: An introduction to Theory and Practice. Prentice Hall. 2. Thomas, E., Marlin. Process Control: Designing Processes and Control Systems for Dynamic Performance. McGraw Hill. 3. Smith, C. A y Corripio, A. B. Principios y Práctica de Control Automático de Procesos. John Wiley & Sons. 4. Coughanowr, D. R. y Koppel, L. B. Process System Analysis and Control. Prentice Hall, Textos complementarios: 5. Creus, A. Instrumentación Industrial. Alfaomega Marcombo. 6. Deshpande, P. B. y Ash, R. H. Elements and Computer Process Control. Prentice Hall, Seborg, D.E., Edgar, T.F. y Mellichamp. Process Dynamics and Control. John Wiley & Sons, Pallas, Areny R. Sensores y Acondicionadores de Señal. Marcombo. 9. Hauptmann, Peter. Sensor: Principles and Applications. Prentice Hall. 10. Anderson, Norman A. Instrumentation for Process Measurement and Control. Foxboro. 11. Douglas, M. Coisidine. Manual de Instrumentación Aplicada. McGraw Hill. Sitios de Internet: Algunas prácticas recomendadas: 1. Simulación por computadora de un proceso a lazo abierto. 2. Sintonización de los parámetros de un controlador en simulaciones dinámicas. 3. Elaborar diagramas de procesos reales usando las simbologías (ISA, SAMA.). 4. Identificar en un proceso real los estándares de simbología. 5. Sintonización de los controladores en cascada. 6. Diseñar y simular un proceso de instrumentación virtual. 7. Determinación del Cv de una válvula 8. Determinación de la constante de tiempo de un sistema de primer orden (ejemplo: termómetro). 9. Aproximación de un proceso real a un sistema de primer orden más tiempo muerto (ejemplo: calentamiento de agua en una parrilla.). 10. Comparación de diferentes instrumentos para medir la misma variable Pág. 10