Guía Docente Curso

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1 ESCUELA POLITECNICA SUPERIOR Guía Docente Curso Titulación Ingeniería Técnica Industrial (Química Industrial) DATOS DE LA ASIGNATURA * * Asignatura en experiencia piloto de implantación del sistema de créditos ECTS Nombre: CONTROL E INSTRUMENTACIÓN DE PROCESOS QUÍMICOS Denominación en inglés 1 : CHEMICAL PROCESS CONTROL AND INSTRUMENTATION Código: Año del Plan de Estudios: Tipo: Publicación BOE: Troncal Obligatoria Optativa Créditos: Totales: Teóricos: Prácticos: Créditos L.R.U. 6,00 3,00 3,00 Créditos E.C.T.S. 4,8 2,4 2,4 Departamento: Ingeniería Química, Química-Física y Química Orgánica Área de Conocimiento: Ingeniería Química Curso: Cuatrimestre: Ciclo: Tercero 1º Cuatrimestre Web de la asignatura: 1 Para su inclusión en el Complemento Europeo al Título DATOS DE LOS PROFESORES Nombre: Teléfono: Despacho: José Ariza Carmona jariza@uhu.es P4-N6-5

2 DATOS ESPECÍFICOS DE LA ASIGNATURA 1.1. Descriptores de la asignatura: Regulación Automática. Elementos de Circuito de Control 1.2. Descriptores de la asignatura (en inglés) 2 : Automatic regulation. Control circuit elements 2. Situación de la asignatura Prerrequisitos: Ninguno 2.2. Contexto dentro de la titulación: El control de procesos químicos atiende a su naturaleza dinámica y la consiguiente necesidad de ser reguladas las variables para que el proceso se ajuste a los requerimientos óptimos de operación en términos de rendimiento técnico-económicos y de seguridad. De otro lado, la característica dinámica de los procesos químicos permite al alumno, en su último curso, trasladar estos conocimientos y complementar el tratamiento de funcionamiento estático o de régimen permanente de las diferentes operaciones unitarias contempladas en otras asignaturas Recomendaciones: Dado que la asignatura requiere de la utilización de herramientas matemáticas y de conocimientos básicos sobre los principios físico-químicos involucrados en los procesos químicos, se recomienda haber superado el mayor numero de disciplinas troncales y obligatorias de primer y segundo curso.

3 3. Competencias a adquirir por los estudiantes Competencias transversales o genéricas Competencias instrumentales: Alto Medio Bajo Capacidad de análisis y síntesis. Alto Medio Bajo Capacidad de organización y planificación. Alto Medio Bajo Comunicación oral y escrita en lengua nativa. Alto Medio Bajo Conocimiento de una lengua extranjera. Alto Medio Bajo Capacidad de gestión de la información. Alto Medio Bajo Resolución de problemas. Alto Medio Bajo Toma de decisiones. Alto Medio Bajo Conocimientos generales básicos. Alto Medio Bajo Conocimientos básicos de la profesión. Alto Medio Bajo Conocimientos de informática Competencias personales: Alto Medio Bajo Trabajo en equipo. Alto Medio Bajo Trabajo en un equipo de carácter interdisciplinar. Alto Medio Bajo Trabajo en un contexto internacional. Alto Medio Bajo Habilidades en las relaciones interpersonales. Alto Medio Bajo Capacidad para comunicarse con expertos de otras áreas. Alto Medio Bajo Reconocimiento a la diversidad y la multiculturalidad. Alto Medio Bajo Razonamiento crítico. Alto Medio Bajo Compromiso ético Competencias sistémicas: Alto Medio Bajo Aprendizaje autónomo. Alto Medio Bajo Adaptación a nuevas situaciones. Alto Medio Bajo Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica. Alto Medio Bajo Habilidad para trabajar de forma autónoma. Alto Medio Bajo Creatividad. Alto Medio Bajo Liderazgo. Alto Medio Bajo Conocimiento de otras culturas y costumbres. Alto Medio Bajo Iniciativa y espíritu emprendedor. Alto Medio Bajo Motivación por la calidad. Alto Medio Bajo Sensibilidad hacia temas medioambientales. Alto Medio Bajo Diseño y gestión de proyectos. Alto Medio Bajo Motivación de logro Competencias específicas Competencias cognitivas (saber): Modelizar procesos químicos como funciones de transferencia y analizar su respuesta Analizar la respuesta de los lazos de control por realimentación para la regulación de variables de proceso. Entender las técnicas de control avanzado y su aplicación a los procesos químicos Conocer el funcionamiento de la instrumentación de los sistemas de control Competencias procedimentales e instrumentales (saber hacer): Calcular Diseñar Evaluar Competencias actitudinales (ser):

4 4. Objetivos: Los objetivos educativos de la asignatura están orientados a la adquisición de conocimientos suficientes para que el alumno consolide una formación básica de los procedimientos y herramientas en el campo del control automático de procesos químicos. El proceso de enseñanza aprendizaje se articulará de manera que promueva competencias acordes con las necesidades profesionales de los titulados. Así, entre las genéricas, la capacidad de análisis y síntesis, conocimientos de informática, la resolución de problemas, el razonamiento crítico y la capacidad de aplicar los conocimientos a la industria de procesos, que además son comunes a casi todas las materias de la Ingeniería Química. En cuanto a las competencias específicas y procedimentales, aquellas directamente relacionadas con los contenidos de la asignatura, tales como modelizar procesos químicos simples, analizar la respuesta de lazos de control en la regulación de las variables del proceso químico y seleccionar la instrumentación requerida para la aplicación de control. 5. Metodología (en horas de trabajo del estudiante): Primer Cuatrimestre Presenciales Segundo Cuatrimestre Clases de teoría 24,0 0,0 Clases de problemas 26,0 0,0 Clases prácticas 0,0 0,0 Actividades académicas dirigidas 8,0 0,0 Exámenes 10,0 0,0 No presenciales Estudio de clases teóricas (factor de trabajo: 1,10) 26,4 0,0 Estudio de clases de problemas y prácticas (factor de trabajo: 1,10) 28,6 0,0 Preparación de actividades académicamente dirigidas y otras actividades 10,0 0,0 Trabajo total del estudiante: 133,0 horas. Total: 133,0 0,0 Horas presenciales: 58,0 Horas no presenciales: 65,0 Exámenes: 10,0 6. Técnicas docentes Técnicas docentes utilizadas: Sesiones académicas de teoría Sesiones académicas de problemas Sesiones prácticas en laboratorio Seminarios, exposiciones y debates Trabajo en grupos reducidos Resolución y entrega de problemas/prácticas Realización de pruebas parciales evaluables Otras: Especificar Otras: Especificar 6.2. Desarrollo y justificación: Las técnicas docentes a utilizar se configurarán de manera que promuevan las habilidades y destrezas señaladas con anterioridad. En las sesiones teóricas, se utilizará la técnica expositiva, teniendo en cuenta los conocimientos previos de los alumnos, para ir construyendo el proceso de enseñanza de forma secuenciada y facilitar la interiorización de los aspectos conceptuales. En las sesiones de problemas, se aplicarán los principios relacionados con la asignatura mediante la técnica docente de construcción del aprendizaje basado en casos reales. Para evaluar el proceso de asimilación del conocimiento durante el curso se establecerán, además de la resolución de problemas propuestos y de las sesiones de tutoría personalizadas, examenes parciales.

5 7. Bloques temáticos: I.- Dinámica de Procesos II.- Regulación de Procesos Químicos III.- Instrumentación de los lazos de control 8. Temario desarrollado: BLOQUE I. DINÁMICA DE PROCESOS TEMA 1.INTRODUCCIÓN AL CONTROL DE PROCESOS QUÍMICOS 1.1. Objetivo de un sistema de control Control por realimentación y control anticipativo Definiciones, conceptos y elementos básicos relativos a un sistema de control de procesos químicos Niveles de control automático en los procesos químicos La transformada de Laplace para el análisis de los sistemas de control. TEMA 2. MODELIZACIÓN DINÁMICA DE PROCESOS QUÍMICOS (FORMULACIÓN BASADA EN PRINCIPIOS FÍSICO-QUÍMICOS) 2.1. Tipos de modelos dinámicos para procesos químicos Formulación de modelos dinámicos de parámetros globalizados. Ejemplos Linealización de modelos dinámicos Modelos dinámicos en términos de variables de desviación. TEMA 3. ANÁLISIS DE LA DINÁMICA DE SISTEMAS LINEALES EN EL DOMINIO DE LAPLACE 3.1. Modelos dinámicos como funciones de transferencia 3.2. Sistemas lineales de primer orden: Ecuación diferencial y función de transferencia representativa. Análisis general de la dinámica de un sistema de primer orden Sistemas lineales de segundo orden: Sistemas de segundo orden constituido por dos capacidades en serie. Sistemas intrínsecos de segundo orden. Análisis general de la dinámica de un sistema de 2º orden Sistemas lineales de orden superior: Procesos multicapacitivos. Procesos con tiempo muerto Diagramas de bloques TEMA 4. DINÁMICA DE LOS COMPONENTES BÁSICOS DE UN SISTEMA DE CONTROL DE PROCESOS 4.1. Instrumentación de un lazo de realimentación 4.2. Dinámica de los sensores-transmisores, válvulas de control y líneas de transmisión Acciones básicas de control y controladores analógicos Controladores digitales. TEMA 5. MODELOS EMPÍRICOS PARA EL DISEÑO DE SISTEMAS DE CONTROL DE PROCESOS QUÍMICOS 5.1. Metodología general para la obtención de un modelo empírico El método de la curva de reacción para la caracterización de procesos químicos: Determinación de los parámetros del modelo. Limitaciones del modelo. BLOQUE II. REGULACIÓN DE PROCESOS QUÍMICOS TEMA 6. DINÁMICA DE LAZOS SIMPLES DE CONTROL POR REALIMENTACIÓN (I): ESTABILIDAD. AJUSTE POR LA TÉCNICA DE RESPUESTA EN FRECUENCIA 6.1. Respuesta de un lazo simple de control por realimentación: Funciones de transferencia en lazo cerrado Respuesta frecuencial de sistemas lineales. Representación en diagrama de Bode 6.3. Estabilidad de un lazo de control por realimentación. Criterio de estabilidad de Bode 6.4. Ajuste de lazos de control por la técnica de respuesta en frecuencia: Margen de ganancia y margen de fase. Ganancia y frecuencia últimas. 6.5 Efecto de las acciones básicas de control sobre la respuesta del lazo de control por realimentación. TEMA 7. DINÁMICA DE LAZOS DE CONTROL POR REALIMENTACIÓN (II): MÉTODOS DE SINTONIZACIÓN DE CONTROLADORES 7.1. Selección del tipo de controlador 7.2. Criterios de calidad de respuesta del lazo de control 7.3. Métodos de sintonización: Métodos basados en relación de amortiguamiento 1/4. Métodos basados en la minimización de la integral del error.

6 TEMA 8. CONTROL REGULATORIO CON VARIABLES AUXILIARES 8.1. Control en cascada 8.2. Control anticipativo: control anticipativo incremental y control de proporción Control selectivo o control con restricciones Control de gama partida. BLOQUE III. INSTRUMENTACIÓN DE LOS LAZOS DE CONTROL TEMA 9. MEDIDORES DE TEMPERATURA Y DE PRESIÓN 9.1. Generalidades relativas a la instrumentación de procesos químicos: Elementos de un sistema de medida. Transmisión de señales. Diagramas de tuberías e instrumentos. Comunicación digital (bus de campo). Características de un instrumento de medida Medidores de temperatura: Termopares. Termorresistencias. Termistores. Pirómetros. Selección del sensor de temperatura Medidores de presión: Elementos primarios para la medida de presión. Conversión mecánica-eléctrica (transductores de presión). TEMA 10. MEDIDORES DE CAUDAL Y DE NIVEL Medidores de caudal volumétrico: Caudalímetros de presión diferencial y dimensionado. Caudalímetros de sección variable. Caudalímetros de turbina. Caudalímetros de vortex. Caudalímetros electromagnéticos. Caudalímetros ultrasónicos.caudalímetros con dispositivos de inserción. Caudalímetros de desplazamiento positivo Medidores de caudal másico: Caudalímetro de efecto Coriolis. Caudalímetros térmicos. Contadores para sólidos Detectores de nivel: por conductividad, por horquillas vibrantes, de paleta rotativa Medidores de nivel: Medidor de nivel por capacidad. Medidor de nivel por sondeo electromecánico. Medidor de nivel por presión hidrostática. Medidor de nivel por ultrasonidos. Medidor de nivel por microondas. Medidor radiométrico de nivel. TEMA 11. VÁLVULAS DE REGULACIÓN AUTOMÁTICAS Descripción de una válvula de control: tipos y componentes Ecuaciones de flujo en válvulas de regulación: Ecuaciones de flujo para líquidos. Ecuaciones de flujo para fluidos compresibles Características de caudal de las válvulas de control. Selección de la característica inherente Dimensionado de válvulas de control

7 9. Bibliografía Bibliografía general: CONTROL AUTOMATICO DE PROCESOS: TEORIA Y PRACTICA. Smith, C. A.; Corripio, A. B. Editorial Limusa (2000). CONTROL E INSTRUMENTACION DE PROCESOS QUIMICOS. Ollero de Castro, P.; Fernández, E. Editorial Síntesis (1997) INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL. Creus. A., Editorial Marcombo (1997) CHEMICAL PROCESS CONTROL. Stephanopoulos, G. Editorial Prentice Hall (1984 ) MANUAL DE INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL DE PROCESOS. Editorial Alción (1998) 9.2. Bibliografía específica: 10. Técnicas de evaluación Técnicas de evaluación utilizadas: Examen teórico-práctico Trabajos desarrollados durante el curso Participación activa en las sesiones académicas Controles periódicos de adquisición de conocimientos Examen práctico en aula de informática Otras: Especificar Otras: Especificar Criterios de evaluación y calificación: Exámenes de teoría y problemas: Se realizarán 2 exámenes parciales de carácter eliminatorios y un final. Constarán de cuestiones teóricoprácticas y de problemas, planteadas para evaluar el grado de adquisición de las competencias a desarrollar. La calificación de este apartado representará un 80 % de la nota final. Actividades Académicas (resolución de casos prácticos): Se valorará el tratamiento de los contenidos teóricos aplicados, las herramientas utilizadas, la estrategia de resolución y las conclusiones. La calificación de estas actividades representará el 20 % de la nota final de la asignatura.

8 11. Organización docente semanal (en horas presenciales del alumno) Primer cuatrimestre: Semana clases de teoría clases de problemas Actividades Académicas Dirigidas clases prácticas Actividad Horas exámenes Temas del temario a tratar 1ª 2,0 2,0 0,0 0,0 0,0 Tema 1 2ª 2,0 2,0 0,0 0,0 0,0 Tema 2 3ª 2,0 1,0 0,0 1,0 0,0 Tema 3 4ª 0,0 3,0 0,0 1,0 0,0 Tema 3 5ª 3,0 1,0 0,0 0,0 0,0 Tema 4 6ª 1,0 2,0 0,0 1,0 0,0 Tema 5 7ª 2,0 1,0 0,0 1,0 3,0 Tema 6 8ª 0,0 3,0 0,0 1,0 0,0 Tema 6 9ª 1,0 2,0 0,0 1,0 0,0 Tema 6 y 7 10ª 0,0 2,0 0,0 0,0 0,0 Tema 7 11ª 0,0 3,0 0,0 1,0 0,0 Tema 7 12ª 4,0 0,0 0,0 0,0 0,0 Tema 8 13ª 3,0 1,0 0,0 0,0 3,0 Tema 9 14ª 3,0 1,0 0,0 0,0 0,0 Tema 10 15ª 1,0 3,0 0,0 1,0 0,0 Tema 11 Periodo de exámenes Totales 24,0 26,0 0,0 8,0 10, Segundo cuatrimestre: 4,0 Semana clases de teoría clases de problemas Actividades Académicas Dirigidas clases prácticas Actividad Horas exámenes Temas del temario a tratar 1ª 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 2ª 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 3ª 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 4ª 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 5ª 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 6ª 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 7ª 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 8ª 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 9ª 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 10ª 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 11ª 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 12ª 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 13ª 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 14ª 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 15ª 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 Periodo de exámenes Totales 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 12. Mecanismos de control y seguimiento: A rellenar por cada profesor: mecanismos que cada profesor propone para el seguimiento de este proceso.