INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL DE PROCESOS 1629 DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA METALÚRGICA. 6o. NÚMERO DE HORAS/SEMANA Teoría 3 CRÉDITOS 6

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1 INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL DE PROCESOS 1629 DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA METALÚRGICA TIPO DE ASIGNATURA TEÓRICA UBICACIÓN SEMESTRE NÚMERO DE HORAS/SEMANA Teoría 3 CRÉDITOS 6 INTRODUCCIÓN. Esta asignatura tiene como enfoque principal, al iniciar a los alumnos en los fundamentos básicos de la ciencia denominada "Instrumentación Industrial"; y como consecuencia deberá adquirir los conocimientos que le permitan el objeto de poder aplicarlos en los diferentes procesos metalúrgicos, tanto a nivel laboratorio como industrial. Objetivos Generales de Aprendizaje. Al finalizar el curso, los alumnos: Comprenderán la importancia de los mecanismos de instrumentación y control en el manejo eficiente de un proceso industrial. Conocerán los instrumentos típicos de medición de variables en procesos metalúrgicos, así como su principio de operación. Conocerán los fundamentos básicos de los componentes electrónicos que constituyen un sistema de control automático. Analizarán los diferentes aspectos que intervienen durante la utilización de sistemas computarizados para control de procesos metalúrgicos. 6o.

2 UNIDAD 1.- INTRODUCCIÓN A LA INSTRUMENTACIÓN 9 h. Describirán la importancia de la instrumentación industrial en la industria de procesos metalúrgicos. Definirán la forma en que el Ingeniero Químico Metalúrgico contribuye a la selección y operación de los sistemas de medición y de control. Definirán los objetivos de la instrumentación, sus funciones, su simbología y terminología. Definirán las diferentes variables de control utilizadas en la industria metalúrgica y su manipulación. Definirán los sistemas de alimentación de aire, electricidad e hidráulicos que requieren los instrumentos para su operación. CONTENIDO. Introducción a la instrumentación Industrial, historia, definición de la instrumentación Industrial como ciencia. Objetivos y funciones básicas de la instrumentación industrial, variables. Terminología, símbolos y notación empleados en instrumentación industrial, normas ISA-SS, ISA-SSI.1, IAS Alarma, tablero de control, cuarto de control, elemento primario de medición, transmitor, controlador manual y automático, elemento final de control, válvula de control, valor deseado, convertidor, medición, luz piloto, relevador, interruptor, circuito, función, proceso, transductor, receptor, registrador, indicador. Suministro de aire, electricidad y aceite como fuente motriz de instrumentos neumáticos, eléctricos y electrónicos e hidráulicos. Sus características, sistemas de suministro confiable y su distribución. Clasificación de áreas. Normas ISA-S7.3, ISA-S74, API-Rp-500-C, ISA-RPI2.1, ISA-S12.4, ISA-Rp-12.6, ISA-S12.10, ISA-S Interpretación y objetivo dentro de un proyecto de los diagramas de un proceso. Diagramas mecánicos. Diagramas de lazos (de alambrados o conexión de instrumentos, hojas de sumarios de instrumentos y Hojas de especificaciones, norma ISA-S20.

3 UNIDAD 2.- D I N Á M I C A D E S I S T E M A S. 15 h. Definirán las características básicas que exhiben los procesos y que afectan la selección y funcionamiento de los instrumentos. Dinámica de sistemas. Definirán las características básicas de los dispositivos de medición. Definirán la magnitud de los costos entre instrumentos neumáticos contra instrumentos eléctricos y electrónicos, cuando determine los objetivos y las funciones de los instrumentos requeridos para: una instalación o para un proyecto. Dinámica de sistemas: Características básicas de un proceso. Variables de proceso. Control directo. Control indirecto. Gastos de libertad de un proceso. Características de sistemas físicos; cambios de carga. Causas, Retrasos, capacidad y capacitancia en un proceso, resistencia, potencial, tiempos muertos por transporte y potencial. Dimensiones de las características de proceso: Cantidad, potencial, tiempo, flujo capacitancia y resistencia. Respuesta de un sistema de primer orden, constante de tiempo en un proceso con una sola constante de tiempo y con dos constantes. Características básicas de un instrumento y de los sistemas de medición. Velocidad de respuesta o retraso de un instrumento. Respuesta dinámica de primer orden y de segundo orden de los instrumentos. Exactitud: error estático, error dinámico, reproductibilidad y zona muerta de un instrumento. Precisión, repetibilidad, resolución, error al azar y error sistemático. Linearidad, no-linearidad, errático, sensibilidad. Instrumentación neumática contra instrumentación eléctrica y electrónica. Costos de capital y mantenimiento, compatibilidad de señales, localizaciones peligrosas y seguras. Distancia entre controlador y elemento final de control. UNIDAD 3.- C O N T R O L A U T O M Á T I C O. 18 h. Objetivos. Definirán el propósito de un sistema de control automático dentro de los procesos industriales. Definirán los elementos y funciones de un circuito de control, así como los factores que afectan la controlabilidad. Definirán los modos básicos de control y sus aplicaciones, tanto para sistemas de control neumáticos, como para sistemas de control eléctrico y electrónico e hidráulico.

4 Definirán las ventajas y desventajas de emplear sistemas de: a) control neumático, b) eléctrico y electrónico. Definirán las aplicaciones del control hidráulico. Definirán las aplicaciones de los circuitos de control denominados: a) relación, b) anticipatorio, c) de rango dividido, d) ciclo de tiempo, e) punto final, f) programado. Definirán, interpretarán, y desarrollarán esquemas de circuitos de control modulante y binarios. Definirán la sensibilidad de un sistema básico de control. Definirán las características de un elemento final de control. CONTENIDO. Propósitos de los sistemas de control automático en la industria de proceso. Terminología Interferencia, desviación, error, respuesta, rango, span. histéresis, circuito cerrado, y circuito abierto, retroalimentación, tebora-palometa, balance de fuerzas, amplificador. Procedimientos para determinar la calidad de un control dentro de un proceso industrial. Elementos y funciones de un circuito de control. Controladores con acción directa y con acción inversa. Reacción y respuesta de un proceso. Disturbios del proceso que afectan a un control automático. Modos de control: a) de dos posiciones, b) flotante, c) proporcional, d) proporciona+acción integral, e) proporcional+acción derivativa, f) proporcional+acción+acción derivativa. Propósito de un sistema de control: a) neumático, b) eléctrico o electrónico, c) hidráulico. Ventajas y limitaciones de un sistema de control: a) neumático, b) eléctrico y electrónico, c) hidráulico. Sistemas de control de: a) relación, b) anticipatorio, c) rango dividido, d) ciclo de tiempo, e) punto final y e) programado. Circuitos binarios lógicos. Interlooks" NORMA ISA-SS.1. Estabilidad de sistemas. Propósito de elementos finales de control. Componentes principales de los elementos finales de control. Posición a falla del suministro del fluido motriz. Tipos más comunes de válvulas de control, aplicación, internos de una válvula, características de flujo de una válvula. Variables que intervienen en la selección de una válvula. Accesorios de una válvula de control. UNIDAD 4.- USO DE LAS COMPUTADORAS DE PROCESO. 6 h. Definirán en forma genética la aplicación de computadoras de proceso como parte de un proceso como parte de un sistema de: a) control, b) adquisición de datos, c) manipulación de datos, d) información y e) supervisión. Definirán aplicaciones de los sistemas de interés y de control en operaciones unitarias y equipos.

5 CONTENIDO. Funciones que ejecuta una computadora de proceso. Clasificación de las computadoras de proceso Manejo de datos. Señales de salida. Conversión de señales analógicas a digitales. Organización interna típica de una computadora de proceso. Lenguajes de máquina. Aplicaciones en operaciones y equipos (bombeo, reactores LD, LF, Hornos, grúas de acerías, etc) para minimizar: la carga eléctrica, controlada, tiempo de vaciado, carga de materia prima al horno, etc). BIBLIOGRAFÍA. ANDREW, W.G. "Aplied Instrumentation in the Process Industries". VOL. I y II, Ed. Gulf Publishing Co. (1974). LIPTAK, BELA B. "Instrument Engineers Handbook, VOL. II" Ed Chilton Book Co. (1969). METODOLOGÍA DE LA ENSEÑANZA. Se emplea principalmente la técnica oral, auxiliándose con material impreso distribuido entre los participantes de antemano, con la finalidad de abreviar tiempo al tener que dictar conceptos o ejecutar dibujos complicados en el pizarrón. Se debe emplear el apoyo audiovisual. Estudios dirigidos de investigación bibliográfica. EVALUACIÓN. La calificación de teoría representa el 80% de la calificación final. Un 10% de la parte restante está dada por dos monografías sobre temas específicos que tiene que desarrollar el alumno en forma individual, por ejemplo: Válvulas de seguridad y pirometría: Estos temas tienen como objeto el que los alumnos se familiaricen con libros y documentos sobre instrumentación industrial y adquieran conocimientos relativos a la materia, en temas que se van a tocar muy superficialmente o que definitivamente no se dan por estar fuera del objetivo principal de este curso.(se anexa hoja de la estructuración de estos trabajos). El último 10% restante, está representado por el desarrollo de un anteproyecto. El profesor reparte en forma individual un diagrama de proceso en donde se muestran tres o cuatro equipos principales con su información básica y el alumno tiene que elaborar: a) Diagrama mecánico de flujo. b) Hojas de sumarios de instrumentos. c) Hojas de especificaciones de instrumentos. d) Diagrama de circuitos de instrumentos. Para desarrollar los puntos b), c y d) el profesor proporciona copias de dibujos típicos y esqueletos de hojas de especificaciones a los alumnos. REQUISITOS PARA LLEVAR EL CURSO. Instalación y equipos electrónicos.