1.8. Requisitos Previos / Prerequisites

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1 ASIGNATURA / COURSE TITLE CONTROL E INSTRUMENTACIÓN DE PROCESOS QUÍMICOS / PROCESS CONTROL AND INSTRUMENTATION 1.1. Código / Course Code Materia / Content area Automática y control / Automation and control 1.3. Tipo / Course type Formación obligatoria / Compulsory subject 1.4. Nivel / Course level Grado / Grade 1.5. Curso / Year Tercero / Third course 1.6. Semestre / Semester 1 er Semestre / First Semester 1.7. Idioma / Language Español. Se emplea también Inglés en material docente / In addition to Spanish, English is also extensively used in teaching material 1.8. Requisitos Previos / Prerequisites Conocimientos previos recomendados: Ecuaciones diferenciales, campo de los números complejos, transformada de Laplace, desarrollo en series de Taylor y McLaurin, la medida: exactitud, precisión y error. Asignaturas previas recomendadas: Álgebra, Cálculo, Operaciones Básicas, Operaciones de Flujo de Fluidos y Transmisión de Calor. Operaciones de Separación, Ingeniería de la Reacción Química. 1 de 7

2 1.9. Requisitos mínimos de asistencia a las sesiones presenciales / Minimun attendance requirement La asistencia es obligatoria / Attendance is mandatory Datos del equipo docente / Faculty Data Coordinadora: Docente(s) / Lecturer(s): Mª Ariadna Álvarez Departamento de / Department of: Química Física Aplicada Facultad / Faculty: Ciencias Despacho - Módulo / Office Module: Teléfono / Phone: Correo electrónico/ ariadna.alvarez@uam.es Página web/website: Horario de atención al alumnado/office hours: En cualquier horario previa petición de hora Objetivos del curso / Course objectives Objetivos El control e instrumentación de procesos es una rama de la Automática que se ocupa de las técnicas e instrumentos de medida y regulación necesarios para el diseño y la operación seguros, estables y eficientes de plantas químicas. La asignatura se divide en dos partes; la primera, INSTRUMENTACIÓN, tiene como objetivo que el alumno conozca los elementos físicos (sensores y actuadores) que se utilizan en las plantas de proceso para implementar los lazos de control y que adquiera destreza a la hora de especificarlos. La otra parte, CONTROL DE PROCESOS, tiene por objetivo que el alumno conozca y sepa aplicar las técnicas de control regulatorio básico y de control avanzado más empleadas en las plantas de proceso. Competencias Conocer los conceptos básicos del control de procesos. Establecer modelos dinámicos de tipo térmico, mecánico, hidráulico y en sistemas con reacción química. Analizar la respuesta de los sistemas de primer orden a las perturbaciones externas y a los cambios en los valores de consigna en los dominios del tiempo, de Laplace y frecuenciales. Resolver modelos dinámicos mediante la técnica de simplificación de diagramas de bloques (formulación entrada/salida). 2 de 7

3 Establecer los criterios de estabilidad de los sistemas de control. Conocer las técnicas elementales de análisis y diseño de sistemas de control realimentado: Tipos de acciones de control, selección de controladores y su sintonización. Conocer básicamente los sistemas de control complejo: Control distribuido y su implantación en plantas químicas y el control secuencial (procesos discontinuos). Conocer las tendencias más actuales en sistemas de control de procesos. Conocer la instrumentación (sensores y actuadores) utilizados habitualmente en procesos químicos industriales. Comprender y realizar diagramas P&ID de procesos sencillos. Competencias específicas: Modelizar procesos dinámicos. Especificar equipos e instalaciones. Seleccionar equipos de automatización y control. Concebir. Calcular. Diseñar. Evaluar. Optimizar Prever cambios. Competencias transversales: Capacidad de análisis y síntesis. Comunicación oral y escrita en la lengua propia. Conocimiento de informática en el ámbito de estudio. Capacidad de gestión de la información. Resolución de problemas. Toma de decisiones. Trabajo en equipo. Razonamiento crítico. Capacidad de aplicar conocimientos en la práctica. Habilidad de trabajar de forma autónoma. Sensibilidad hacia temas medioambientales Contenidos del Programa / Course Contents Tema 1. Introducción al Control de Procesos. El control de procesos en la industria. Sistemas de control: Definiciones; elementos básicos de un circuito de control. Niveles de control de procesos. Diseño del sistema de control. 3 de 7

4 Tema 2. Tema 3. Tema 4. Tema 5. Tema 6. Tema 7. Tema 8. Tema 9. Instrumentación de procesos químicos. Definiciones y conceptos básicos. Sistemas de transmisión. Sensores: Medida de temperatura, presión, caudal y nivel. Analizadores en línea. Elementos finales de control: Válvulas; Tipos de válvulas. Transformada de Laplace. Definiciones, propiedades y teoremas. Transformadas de funciones importantes. Transformada inversa. Solución de ecuaciones diferenciales lineales. Comportamiento dinámico de sistemas. Introducción a la función de transferencia. Diagramas de bloques. Modelos dinámicos: Tipos de modelos; Aplicación de modelos a distintos sistemas físicos y químicos. Linealización de modelos dinámicos. Análisis dinámico en el dominio del tiempo: Análisis de la respuesta en sistemas de primer orden; Análisis de la respuesta en sistemas de segundo orden; Sistemas de orden superior. Error en régimen permanente y estabilidad de sistemas. Error en régimen permanente: Definición; Tipos de errores; Error con realimentación no unitaria; Error en sistemas con varias entradas. Estabilidad de sistemas: Definición; Criterio de Routh; Lugar de las raíces. Análisis dinámico frecuencial. Diagramas de Bode y Nyquist. Respuesta en frecuencia de distintos sistemas. Compensadores de adelanto y de retraso de fase. Generalidades. Compensador de adelanto de fase. Compensador de retraso de fase. Compensador de adelanto-retraso. Controladores PID. Acciones básicas de control: todo-nada, proporcional, integral y derivativa. Controladores PID. Sintonización de controladores PID: Criterios y métodos. Sistemas de control complejo. Sistemas de control avanzado: Control en cascada. Control anticipativo. Control multivariable. Contenidos prácticos (prácticas de laboratorio) Caracterización de una válvula neumática. Determinación de las características inherente e instalada. Estudio de la histéresis que presenta y cálculo del coeficiente de caudal, para una válvula neumática en el intervalo de presiones en que puede operar en la instalación. Calibración de un sensor de caudal de líquidos y caracterización de una válvula motorizada. Determinación de los parámetros óptimos de calibración del sensor y caracterización de la válvula motorizada en términos de curva característica instalada e histéresis. Estudio del control en retroalimentación. Caracterización de la respuesta de un lazo de control en retroalimentación (o feedback ) respecto de diferentes variables como los parámetros de ajuste del controlador PID, la perturbación, el 4 de 7

5 tipo de válvula de regulación, etc., mediante el uso de simuladores de proceso en régimen dinámico Referencias de Consulta / Course bibliography OGATA, K. Ingeniería de Control Moderna. Prentice Hall. Pearson Educación. Madrid (2003). OLLERO DE CASTRO, P. y FERNÁNDEZ CAMACHO, E. Control e instrumentación de procesos químicos. Ed. Síntesis. Madrid (2006). CREUS, A. Instrumentación industrial. Marcombo. Barcelona (2005). ACEDO, J. Control Avanzado de Procesos. Díaz de Santos. Madrid (2003). RIGGS, J.B. y NAZMUL KARIM, M. Chemical and Bio-Process Control. Prentice Hall (2007). CONSIDINE, D.M. Process instrumentation and control handbook. McGraw-Hill. Nueva York (1993). DOETSCH, G. Introduction to the Theory and Applications of Laplace Transforms. Springer-Verlag. Nueva York (2011). LIPTAK, B. Y VENCZEL, K. Instrument engineers' handbook: process control. Chilton Book Co. Radnor, Pennsylvania (2003). MORRIS, A.S. Principles of measurement and instrumentation. Prentice Hall. Englewood Cliffs. New Jersey (1993). LUYBEN, W. Process modeling simulation and control for chemical engineers. McGraw Hill International Edition. Nueva York (1990). MCMILLAN, G.K. Process/Industrial Instruments and Controls Handbook. McGraw Hill. Nueva York (1999). HIMMELBLAU, D. Y BISCHOFF, K. Análisis y simulación de procesos. Reverté. Barcelona (2004). BOLTON, W. Instrumentación y Control Industrial. 2ª Edición. Paraninfo. Madrid (1999). 2 Métodos Docentes / Teaching methodology Actividades presenciales - Clases teóricas y clases de problemas. Exposición oral por parte del profesor de los contenidos teóricos fundamentales de cada tema. Así como la resolución de problemas tipo relacionados con los contenidos teóricos. - Clases prácticas en aula. Resolución por parte de los alumnos de ejercicios y casos prácticos propuestos por el profesor, bajo su supervisión. Los estudiantes que conforman el grupo se dividirán en los subgrupos que permita el número de alumnos. 5 de 7

6 - Prácticas de laboratorio. Los alumnos harán dos tipos de prácticas. La primera de ellas se realizará en los laboratorios y el grupo se dividirá en grupos de 2-4 alumnos. La segunda, el grupo se dividirá en dos grupos en aula de informática. - Tutorías. Orientación, seguimiento del trabajo realizado y resolución de dudas. 3 Tiempo de trabajo del estudiante / Estudent workload Presencial No presencial Nº de horas Porcentaje Clases teóricas Clases de problemas Prácticas de laboratorio 63 h (42%) 71 horas Clases prácticas en aula (47,3%) Tutorías Actividades de evaluación 8 h (5,3%) Realización de actividades prácticas 7 h (4,7%) 79 horas Estudio semanal (15 semanas x 4 h/semana) 60 h (40,0%) (52,7%) Preparación de examen. 12 h (8,0%) Carga total de horas de trabajo: 150 h 4 Métodos de Evaluación y Porcentaje en la Calificación Final / Evaluation procedures and weight of components in the final grade Examen parcial y final (70%). Prácticas de laboratorio (15%). Participación en clases prácticas y entrega de problemas (15%). El examen final recogerá todos los contenidos impartidos (teoría y problemas) y se realizará al finalizar el semestre, en la fecha establecida por la Facultad. De forma opcional los alumnos podrán presentarse a un examen parcial a la mitad del semestre. Si la nota del parcial es igual o superior a 5 puntos ésta supondrá un 50 % de la nota correspondiente al examen final y libera materia. En caso contrario el alumno deberá examinarse de la totalidad de la asignatura en el examen final. El aprendizaje y la formación adquirida por el estudiante serán evaluados a lo largo del curso. En este sentido, se tendrá en cuenta la participación activa de los alumnos en las clases prácticas obligatorias y la entrega de supuestos prácticos, donde se profundizará en el conocimiento de los conceptos desarrollados en cada uno de los bloques temáticos. 6 de 7

7 Para superar las prácticas de laboratorio los alumnos deberán entregar un informe en el que se resumirán los resultados obtenidos durante las prácticas de laboratorio. En la convocatoria extraordinaria se mantienen los mismos porcentajes de evaluación que en la ordinaria. La nota correspondiente a evaluación frecuente (Participación en clases prácticas y entrega de problemas) será la obtenida en la evaluación ordinaria. Tanto el examen como los informes de prácticas podrán ser evaluados de nuevo, si no se superaron en la evaluación ordinaria. El estudiante que haya participado en menos de un 20% de las actividades de evaluación, será calificado en la convocatoria ordinaria como No evaluado. 5 Cronograma* / Course calendar Semana Tema 1 1 y y y *Este cronograma tiene carácter orientativo 7 de 7