INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR

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1 PROGRAMA SINTÉTICO CARRERA: Ingeniería en Control y Automatización ASIGNATURA: Control de Procesos I SEMESTRE: Octavo OBJETIVO GENERAL: El alumno diseñará el sistema de control integrando los conceptos de las ciencias básicas y tecnológicas, el modelado, simulación, sintonización y operación del sistema de control retroalimentado en los equipos de procesos. CONTENIDO SINTÉTICO: I. Introducción al Control de Procesos II. Fundamentos para el Modelado de Procesos III. Control Retroalimentado. IV. Aplicaciones del Control Retroalimentado a las Variables de Temperatura, Nivel y Flujo. V. Aplicaciones del Control Retroalimentado a las Variables de Concentración y Presión. METODOLOGÍA: Búsqueda documental por el alumno Solución de problemas en clase y extra clase. Exposición por parte del profesor y de los alumnos empleando: presentaciones en power point, acetatos, prototipos, rotafolios. EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN: Se evaluará con tres exámenes departamentales, Primer examen unidades: I, II y III Segundo: examen unidad IV, Tercer examen: unidad V. La calificación de la teoría será el promedio de los tres exámenes departamentales con un peso de 40%, cada alumno elaborará y entregará un reporte por práctica de laboratorio efectuada y el promedio de las calificaciones obtenidas tendrá un peso del 40%. Participación en clase con un valor del 10%. La calificación definitiva será la suma de la obtenida en la teoría, en el laboratorio, participaciones y; tareas, trabajos, y actividades extra clase. Siempre y cuando, la teoría y el laboratorio sean aprobatorios. BIBLIOGRAFÍA: Smith, Carlos A. & Corripio, Armando B. Control Automático de Procesos Teoría y Práctica; Editorial Limusa; México 1999; 717 págs. Luyben W. L. Process, Modeling, Simulation, and Control For Chemical Engineers; Editorial Mc-Graw Hill; E.U. 1990; Segunda edición; 725 págs. Astrom Karl J. PID Controlers; Editorial Intrument Soiety of America; E.U. 1994; Segunda edición; 343 págs.

2 ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica CARRERA: Ingeniería en Control y Automatización OPCIÓN: COORDINACIÓN: DEPARTAMENTO: Académico de Ingeniería en Control y Automatización ASIGNATURA: Control de Procesos I SEMESTRE: Octavo CLAVE: CRÉDITOS: 9 VIGENTE: 2006 TIPO DE ASIGNATURA: Teórico-Práctica MODALIDAD: Escolarizada TIEMPOS ASIGNADOS HRS./SEMANA / TEORÍA: 3.0 HRS./SEMANA / PRÁCTICA: 3.0 HRS./TOTALES / SEMANA: 6 HRS./SEMESTRE / TEORÍA: 54 HRS./SEMESTRE / PRÁCTICA: 54 HRS./TOTALES: 108 PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO: POR: Academia de Control y Automatización REVISADO POR: Subdirección Académica. APROBADO POR: Consejo Técnico Consultivo Escolar de la ESIME Zacatenco M. en C. Jesús Reyes García AUTORIZADO POR: Comisión de Planes y Programas de Estudio del Consejo General Consultivo del IPN

3 ASIGNATURA: Control de Procesos I CLAVE: HOJA: 2 DE 9 FUNDAMENTACION DE LA ASIGNATURA En todas las áreas de la ingeniería, en los últimos años, se ha tenido un gran avance científico y tecnológico; esto ha originado que los equipos que se manejan en la industria continuamente se estén innovando. Uno de los factores importantes en esta modernización son los sistemas de control. La materia de Control de Procesos es fundamental para el Ingeniero en Control y Automatización para resolver problemas relacionados con el área es necesario tener el conocimiento de los procesos unitarios y su dinámica, que le permitan aplicar las técnicas de sintonización de los controladores y la selección de estrategias de control, esto le permitirá conocer y aplicar todas las herramientas con las que dará una solución integral. Para ello debe de manejar todos los fundamentos relacionados al respecto, además es una asignatura que permite integrar todo lo que se ha visto en la carrera tanto del área administrativa como técnica. Las asignaturas antecedentes son: Modelado de Sistemas, Teoría del Control I y II, Elementos Primarios de Medición, Elementos de Transmisión y Control, Instrumentos Analíticos de Medición, Preparación y Transporte de Materiales y Operaciones de Separación. Las asignaturas consecuentes son: Control de Procesos II y Proyecto de Ingeniería Las asignaturas colaterales son: Desarrollo Prospectivo de Proyecto y Optativa I OBJETIVO DE LA ASIGNATURA El alumno diseñará el sistema de control integrando los conceptos de las ciencias básicas y tecnológicas, el modelado, simulación, sintonización y operación del sistema de control retroalimentado en los equipos de procesos.

4 ASIGNATURA: Control de Procesos I CLAVE: HOJA: 3 DE 9 UNIDAD: I NOMBRE: Introducción al Control de Procesos OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno analizará los conceptos básicos de un sistema de control, en estudio de caso, aplicado a un Proceso TEMA Introducción. Conceptos básicos. TEMAS HORAS T P EC CLAVE BIBLIOGRÁFICA 9B, 4B, 1B, 6C, 7C, 8C, 5C, 3C 1.3 Ejemplo introductorio Objetivos de control en los procesos. 1.5 Condiciones de operación. 1.6 Sistema de control aplicado a procesos Documentación típica de ingeniería básica Documentación típica de ingeniería de detalle Protocolos de pruebas FAT, SAT, etc. 1.0 ESTRATEGIA DIDÁCTICA Revisión de los conceptos más relevantes empleados en el establecimiento del Control de Procesos. Mediante la exposición de un ejemplo real se identificarán las necesidades básicas de control. Solución de ejercicios que permitan al alumno formular y evaluar los conceptos básicos del Control de Procesos. Tareas y trabajos entregados. Búsqueda bibliográfica de nuevos conceptos sugeridos por el profesor. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Examen escrito de las unidades I, II y III con un valor del 40% Reporte de las prácticas con un valor del 40%.

5 ASIGNATURA: Control de Procesos I CLAVE: HOJA: 4 DE 9 UNIDAD: II NOMBRE: Fundamentos para el Modelado de Procesos OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno analizará los fundamentos para el desarrollo de modelos aplicados a los procesos, así como las herramientas que le permitan solucionarlos en las unidades posteriores. TEMA TEMAS Balances fundamentales. Cinética química Equilibrio químico HORAS T P EC CLAVE BIBLIOGRÁFICA 9B, 4B, 7C, 8C, 5C, 3C Herramientas para el planteamiento de modelos Transformada de Laplace, diagrama de bloques, diagramas de simulación y variables de estado aplicados a control de procesos. Linealización y variables de desviación, análisis de grados de libertad y validación Herramientas para la solución de modelos Solución analítica Solución numérica Respuesta de los procesos. Clasificación de la respuesta de procesos (Estado estable y estado transitorio) Modelos empíricos Curva de reacción de proceso (método grafico). Aplicaciones a un proceso térmico y de nivel ESTRATEGIA DIDÁCTICA Análisis de ejemplos con el uso de la computadora digital Solución de tareas por parte de los alumnos en el salón de clase. Exposición de los temas por el profesor con el auxilio de la computadora digital. Realización de prácticas de laboratorio PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Examen escrito de las unidades I, II y III con un valor del 40% Reporte de las prácticas con un valor del 40%.

6 ASIGNATURA: Control de Procesos I CLAVE: HOJA: 5 DE 9 UNIDAD: III NOMBRE: Control Retroalimentado. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno analizará y evaluará el mejor algoritmo de control, según la respuesta del proceso con sus parámetros de sintonización, simulando diferentes técnicas que incluyen: Zieglers Nichols, oscilación sostenida e índice de desempeño. TEMA TEMAS Introducción al control retroalimentado. Modos de control (ON-OFF, P, PI, PD y PID). Algoritmos. Características (transferencia bumpless, resetwind up y cambios de puntos de referencia). Controladores PID digitales. Tecnologías de controladores en hardware y software HORAS T P EC CLAVE BIBLIOGRÁFICA 2.0 9B, 4B, 1B, 6C, 7C, 2C, 8C, 5C, 3C Técnicas de sintonización. Lazo abierto (Ziegler Nichols e índices de desempeño) Lazo cerrado (Prueba y error, oscilaciones sostenidas) ESTRATEGIA DIDÁCTICA Realizar las evaluaciones de los sistemas de control retroalimentado. Realización de prácticas Resolución de ejercicios en clase coordinados por el profesor PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Examen escrito de las unidades I y II con un valor del 40% Reporte de práctica de laboratorio con un valor del 40%

7 ASIGNATURA: Control de Procesos I CLAVE: HOJA: 6 DE 9 UNIDAD: IV NOMBRE: Aplicaciones del Control Retroalimentado a las Variables de Temperatura, Nivel y Flujo OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno diseñará el sistema de control previo análisis de los conceptos físicos y matemáticos de las variables de temperatura, nivel y flujo, comprobando los resultados obtenidos en simulación mediante pruebas experimentales. TEMA TEMAS Control de Temperatura Procedimiento para obtener un modelo de transferencia de energía calorífica Consideraciones técnicas para el control de la temperatura Intercambiador de calor DTI del intercambiador de calor Sintonización del control. Puesta en marcha y operación. HORAS T P EC 3.0 CLAVE BIBLIOGRÁFICA 9B, 4B, 8C, 5C Control de Nivel y Flujo. Consideraciones técnicas para el control de nivel y flujo Procedimiento para obtener un modelo en un equipo de flujo de fluidos y de almacenamiento Tanque de nivel. DTI para el tanque Sintonización del control. Puesta en marcha y operación. 3.0 ESTRATEGIA DIDÁCTICA Interacción con el profesor atendiendo sus indicaciones: tareas, y exposición Realización de simulaciones con el uso de la computadora como un paso en el diseño previo implementación práctica. Interacción práctica-teórica con el objeto de desarrollar la observación y el análisis. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Examen escrito de la unidad IV con un valor del 40% Reporte de práctica de laboratorio con un valor del 40%

8 ASIGNATURA: Control de Procesos I CLAVE: HOJA: 7 DE: 9 UNIDAD: V NOMBRE: Aplicaciones del Control Retroalimentado a las Variables de Concentración y Presión. OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno diseñará el sistema de control previo análisis de los conceptos físicos, químicos y matemáticos de las variables de concentración, ph y presión, comprobando los resultados obtenidos en simulación mediante pruebas experimentales. TEMA TEMAS Control de composición y ph. Consideraciones técnicas para el control de la composición y el ph Procedimiento para obtener el modelo de transferencia de masa (composición) Reactor, columna de destilación y equipo de acondicionamiento de ph. DTI s del reactor y columna de destilación Sintonización del control. Puesta en marcha y operación. HORAS CLAVE T P EC BIBLIOGRÁFICA 3.0 9B, 4B, 5C, 8C Control de Presión. Consideraciones técnicas para la presión Procedimiento para obtener el modelo de un equipo de almacenamiento de gases. Tanque a Presión. DTI del tanque a presión Sintonización del control. Puesta en marcha y operación. ESTRATEGIA DIDÁCTICA Resolución de ejercicios en clase coordinados por el profesor Tarea y trabajos extraclase Realización de prácticas de laboratorio PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Tercer examen departamental, que abarca las unidades V, con un valor del 40%. Reporte de práctica de laboratorio con un valor del 40%

9 ASIGNATURA: Control de Procesos I CLAVE: HOJA: 8 DE 9 RELACIÓN DE PRACTICAS Práctica NOMBRE DE LA PRACTICA Familiarización de diferentes equipos de laboratorio, su instrumentación y conexión Obtención de la respuesta en lazo abierto de varias plantas. Validación del modelo con la respuesta temporal y la obtenida por identificación paramétrica de diversas plantas UNIDAD I II III DURACIÓN [Horas] LUGAR DE REALIZACIÓN Todas las prácticas se realizarán en el laboratorio de Control de Procesos 4 Simulación y Validación del sistema de control PID a la variable de temperatura IV 5 Simulación y Validación del sistema de control PID a las variables de flujo y nivel IV 6 Simulación y Validación del sistema de control PID a la variable de composición V 7 Simulación y Validación del sistema de control PID a la variable de presión V

10 ASIGNATURA: Control de Procesos I CLAVE: HOJA: 9 DE 9 PERIODO UNIDAD PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN 1º 2º 3º I, II y III IV V Evaluación con tres exámenes departamentales el cual tendrá un valor del 40%. Cada alumno elaborará y entregará un reporte técnico por práctica de laboratorio efectuada, y el promedio de las calificaciones obtenidas tendrá un peso del 40%. La calificación definitiva será la suma de la obtenida en la teoría, en el laboratorio, participaciones y; tareas, trabajos, y actividades extra clase. Siempre y cuando, la teoría y el laboratorio sean aprobatorios. CLAVE B C BIBLIOGRAFÍA Astrom, Karl J. PID Controlers; Editorial Intrument Soiety of America; E.U. 1994; Segunda edición; 343 págs. Corripio, Armando B. Tuning of Industrial Control Systems; Editorial Intrument Soiety of America; E.U. 1990; Primera edición; 279 págs. Goodwn, Graham C.; Graebe, Stefan F.; Salgado, Mario E. Control System Design; Editorial Prentice Hall; E.U. 2001; Primera edición; 908 págs. Luyben W. L. Process, Modeling, Simulation, and Control For Chemical Engineers; Editorial Mc-Graw Hill; E.U. 1990; Segunda edición; 725 págs. Marlin, Thomas E. Process Control: Designing Process and Control for Dynamic Performance; Editorial McGraw Hill; E.U. 2000; Segunda edición; 1017 págs. Murrill, Paul W. Fundamentals of Process Control Theory; Editorial Intrument Soiety of America; E.U. 1991; Segunda edición; 273 págs. Roca, Cusido Alfred; Control de Procesos; Editorial Alfaomega; Segunda Edición; España 2002; Segunda edición; 606 págs. Shinskey, F.G. Simulatig Process Control Loops; Editorial Intrument Soiety of America; E.U. 1990; Primera edición; 216 págs. Smith, Carlos A. & Corripio, Armando B. Control Automático de Procesos Teoría y Práctica; Editorial Limusa; México 1999; 717 págs.

11 1. DATOS GENERALES PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA ESCUELA: Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Zacatenco CARRERA: Ingeniería en Control y Automatización SEMESTRE Octavo ÁREA: BÁSICAS C. INGENIERÍA D. INGENIERÍA C. SOC. y HUM. ACADEMIA: Control y Automatización ASIGNATURA: Control de Procesos I ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO: Ingeniero en Control, Ingeniero Electricista, Ingeniero en Comunicaciones y Electrónica e Ingeniero Químico. Preferentemente con posgrado en área afín con la carrera. 2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA: El alumno diseñará el sistema de control integrando los conceptos de las ciencias básicas y tecnológicas, el modelado, simulación, sintonización y operación del sistema de control retroalimentado en los equipos de procesos. 3. PERFIL DOCENTE: CONOCIMIENTOS Modelación matemática Función de transferencia Respuesta a la frecuencia. Criterios de estabilidad Conocimiento en el manejo de las variables de temperatura, nivel, flujo, presión y composición Conocimiento de termodinámica Electrónica Instrumentación EPERIENCIA PROFESIONAL En la selección, aplicación, operación y diseño de sistemas de control aplicados a las industrias: petroquímica, alimenticia, manufacturera y química. Experiencia en la aplicación del control de procesos Especialización en el área de control de procesos HABILIDADES Comunicación Establecimiento de climas favorables al aprendizaje. Transferencia del conocimiento teórico y práctico a la solución de problemas. Análisis y síntesis. Manejo de grupos. Realizar analogías y comparaciones en forma simple. ACTITUDES Respeto Compromiso social Ética Responsabilidad Actualización Colaboración Superación docente y profesional. Cooperativa Liderazgo. ELABORÓ REVISÓ AUTORIZÓ Ing. Luis Enrique Murillo Yañez Presidente de la Academia Ing. Guillermo Santillán Guevara Subdirector Académico M. en C. Jesús Reyes García Director del Plantel FECHA: 2006