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Subdirección Académica

Instrumentación Didáctica para la Formación y Desarrollo de Competencias Profesionales

Periodo escolar: Agosto-Diciembre 2017

Nombre de la asignatura: Instrumentación y ControlPlan de estudios: IBQA-2010-207

Clave de la asignatura: AEF-1039Horas teoría – horas prácticas – créditos: 3–2–5

1. Caracterización de la asignatura

El control de procesos químicos y bioquímicos atiende la naturaleza dinámica de los procesos y la consiguiente necesidad deregular las variables involucradas, para que se ajusten los requerimientos óptimos de operación en términos de rendimientotécnico, económico y de seguridad.

La característica dinámica de los procesos químicos y bioquímicos permite trasladar los conocimientos adquiridos en otrasasignaturas y complementar el tratamiento de funcionamiento estático o de régimen permanente de las diferentes operacionesunitarias en los procesos químicos y bioquímicos.

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sgc

Texto tecleado

CODIGO: ID-AEF-1039

sgc

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VERSIÓN: 00

2. Intención didáctica

Esta asignatura se organiza de la siguiente manera:

El primer tema presenta los contenidos conceptuales de la instrumentación normados por ISA y SAMA. Se estudian losprincipios de medición de los diferentes sensores y transductores existentes para la detección de las variables más usualesen el control de procesos (presión, flujo, nivel y temperatura), así como los elementos de control más utilizados.

En el segundo tema se desarrollan modelos dinámicos mediante las ecuaciones de conservación de masa y energía paraestudiar los procesos a partir del orden proporcionado por dichas ecuaciones. También, se estudia el comportamiento delproceso ante diversos tipos de entrada. Se sugiere realizar simulaciones dinámicas y desarrollar modelos a partir deexperimentación, de manera que el conocimiento sea significativo.

El tema tres comprende el estudio del comportamiento de sistemas de lazo abierto y cerrado, utilizando las técnicas delcontrol clásico (PID), incluyendo los diferentes métodos para la sintonización de controladores.

El tema final aborda las técnicas de control de procesos ampliamente utilizadas en la industria, como son: control derelación, en cascada y anticipativo.

3. Competencia de la asignatura

Seleccionar y aplicar la instrumentación para el control de procesos químicos o bioquímicos a partir de los requerimientosóptimos de operación


4. Análisis por competencias específicas

CompetenciaNo.:

I Descripción: El alumno aplica la simbología ISA y terminología SAMApara desarrollar diagramas de instrumentación.

Temas y subtemaspara desarrollar la

competencia específica

Actividades de aprendizaje(que hace el alumno)

Actividades deenseñanza (que hace

docente)

Desarrollo decompetencias

genéricas

Horasteórico–práctica

Unidad 1.- Elementosprimarios y finales decontrol.

1.1. Simbología ISA

Identificar las distintas simbologíasde representación de losinstrumentos industriales (ISA ySAMA).

Explicar los conceptosfundamentales de lossensores y transductoresy su relación intrínsecacon la instrumentación.

Capacidad deabstracción, análisis ysíntesis Capacidad de aplicar losconocimientos en lapráctica Capacidad decomunicación oral y escrita Habilidades en el uso delas tecnologías de lainformación y de lacomunicación. Capacidad paraidentificar, plantear yresolver problemas. Habilidadesinterpersonales. Capacidad de trabajo enequipo. Habilidades para buscar,procesar y analizarinformación procedente defuentes diversasPreocupación por la calidad

2 hrs

1.2. Terminología SAMA

Identificar las distintas simbologíasde representación de losinstrumentos industriales (ISA ySAMA).

Discutir la simbología deinstrumentación basadaen normas (ISA y SAMA)

2 hrs

1.3. Diagramas deInstrumentación.

Identificar en planos de procesosindustrial los símbolos y normasutilizadas en instrumentación.

Ejemplificar en planos deprocesos industriales lossímbolos y normasutilizadas eninstrumentación.

2 hrs

1.4. Elementos Primarios demedición.1.4.1. Medidores de Presión1.4.2. Medidores de Flujo1.4.3. Medidores de Nivel1.4.4. Medidores deTemperatura.

Investigar los principios defuncionamiento de los diferentestipos de medidores para lasvariables físicas

Explicar e identificar lascaracterísticas técnicasde los diferentes tipos desensores y transductoresutilizados en los sistemasindustriales: de presión(columna hidrostática), de

2 hrs


1.4.5 Otras variables. flujo (tubo pitot), de nivel(flotador, columnahidrostática) y detemperatura (termopar,termistor).Diseñar e implementar unesquema de control endonde se pueda efectuarla medición de latemperatura, el nivel, lapresión y flujo enprocesos separados ycomo una combinación dedos o más variables.

1.5. Tipos de válvulasautomáticas de control decaudal.1.5.2. Características decaudal inherente enválvulas.1.5.3. Dimensionamiento deválvulas.

Investigar los principios defuncionamiento de los diferentestipos de medidores para lasvariables físicas

.Explicar las diversasválvulas de control que setienen, identificando suspartes, modo deoperación, ventajas,desventajas, lugar deaplicación y formas decontrol.

2 hrs.

1.6 Otros elementos finalesde control.

Relacionar la ecuación delinstrumento para aplicaciones decontrol clásico.

Identificar los diferentestipos de elementos finalesde control existentes endiversos procesos

2 hrs.


Indicadores de alcance Valor del indicador

A. Práctica 20%B. Actividades en clase 50%C. Examen 30%

4.1a Niveles de desempeño

Desempeño Nivel de desempeño Indicadores de alcance Valoración numérica

Competenciaalcanzada

Excelente

- Realiza y entrega investigación documental de los elementos primariosy finales de control, cumpliendo con la estructura solicitada ysustentando en fuentes de consulta académicas.

- Realiza y entrega en tiempo y forma el total de tareas y actividades declase.

- Realiza y entrega un examen obteniendo puntuación aprobatoria.

95 - 100

Notable

- Realiza y entrega investigación documental de los elementos primariosy finales de control, cumpliendo con la estructura solicitada ysustentando en fuentes de consulta académicas.

- Realiza pero no entrega en tiempo y forma el total de tareas yactividades de clase.

- Realiza y entrega un examen obteniendo puntuación aprobatoria.-

85 - 94

Bueno

- Realiza y entrega investigación documental de los elementos primariosy finales de control, pero NO cumpliendo con la estructura solicitada ysustentando en fuentes de consulta académicas.



76 - 84

Suficiente

- Realiza y entrega investigación documental de los elementos primariosy finales de control, pero NO cumpliendo con la estructura solicitada ysustentando en fuentes de consulta académicas.

- Realiza, pero no entrega en tiempo y forma el total de tareas yactividades de clase.

70 - 74


- Realiza y entrega un examen obteniendo puntuación NO aprobatoria.

Competenciano alcanzada Insuficiente No realiza alguna o cumple con el mínimo de los indicadores. 69 o menos.

4.1b Matriz de evaluación

Evidencia de aprendizaje % Indicador de alcance Evaluación formativa de la competenciaA B C

Investigación Documental 20% X Evaluado por el docente con rúbricaMapa mental 15% X Evaluado por el docente con rúbrica

Mapa conceptual 15% X Evaluado por el docente con rúbricaExamen 30% X Evaluado por el docente con clave de examen

Ejemplo práctico 20% X X Evaluado por el docente con rúbrica

Total 20% 50% 30% 100%


CompetenciaNo.:

II Descripción: El alumno obtiene el modelo matemático de un proceso para analizar surespuesta dinámica.

Temas y subtemaspara desarrollar la




docente)


genéricas


2.0 Modelación dinámica desistemas2.1. Definiciones

Investigar el concepto de control ymodelación de sistemas dinámicos

Definir las característicasy conceptos básicos de lateoría de control

Capacidad deabstracción, análisis ysíntesis Capacidad de aplicar losconocimientos en lapráctica Capacidad decomunicación oral y escrita Habilidades en el uso delas tecnologías de lainformación y de lacomunicación. Capacidad paraidentificar, plantear yresolver problemas. Habilidadesinterpersonales. Capacidad de trabajo enequipo. Habilidades para buscar,procesar y analizar

4 hrs

2.2. Modelos de procesosquímicos

Investigar las leyes delcomportamiento físico de sistemas.Aplicar la transformada de Laplacea los modelos

Representar sistemasfísicos y/o procesosquímicos a través deecuaciones diferencialeslineales de orden n.A través de los modelosmatemáticos y latransformada de Laplace,representar sistemasfísicos y/o procesosquímicos mediante susfunciones detransferencia.

18 hrs


2.3. Linealización desistemas.

Linealizar términos no linealesutilizando las series de Taylor

Introducir al estudiante alos sistemas no lineales(físico o químico) y a sulinealización

información procedente defuentes diversas.

2 hrs

2.4. Sistema de primer ordenDeducir modelos matemáticoslineales de procesos químicos

Explicar el modelomatemático para unsistema de primer orden,establecer su relación conlos procesos químicos, yexplicar elcomportamiento delmismo, con ayuda deprogramas de simulación

2 hrs

2.5. Sistema de segundoorden.

Deducir modelos matemáticoslineales de procesos químicos entérminos de variables de desviación

Diferenciar entre sistemasde primer orden ysegundo ordenExplicar el modelomatemático para unsistema de segundoorden, establecer surelación con los procesosquímicos y sus funcionesde transferencia medianteálgebra de bloques

2 hrs

2.6. Sistema de ordensuperior.

Deducir modelos matemáticoslineales de procesos químicos entérminos de variables de desviación

Representar elfuncionamiento de unsistema o planta de ordensuperior, así como laaproximación de sufunción de transferencia apartir de las respuestasreales de los sistemasUtilizar Matlab comoherramienta de modeladode sistemas físicos

2 hrs







Excelente

- Realiza y entrega la solución correcta de Problemario de la unidad,cumpliendo con la estructura solicitada de todos los ejercicios.



95 - 100

Notable

- Realiza y entrega la solución correcta de Problemario de la unidad,cumpliendo con la estructura solicitada del 80% de los ejercicios.



85 - 94

Bueno




76 - 84

Suficiente - Realiza y entrega la solución correcta de Problemario de la unidad, 70 - 74


cumpliendo con la estructura solicitada del 50% de los ejercicios.- Realiza pero no entrega en tiempo y forma el total de tareas y

actividades de clase.- Realiza y entrega un examen obteniendo puntuación NO aprobatoria.




Problemario de Unidad 20% X Evaluado por el docente con rúbricaEjercicios en clase 25% X Evaluado por el docente con rúbrica

Participación 25% X Evaluado por el docente con rúbricaExamen 30% X Evaluado por el docente con clave de examen

Total 20% 50% 30% 100%


CompetenciaNo.: III Descripción: El alumno comprende los modos de control (P, PI, PID) para aplicarlos y

modificar la respuesta de los sistemas.

Temas y subtemaspara desarrollar lacompetencia específica



docente)


genéricas


Unidad III Controladores

3.1. Diagramas de Bloques

Investigar la simbología paradiagramas de bloques

Describir la representaciónde sistemas de controlmediante diagramas debloques.Relacionar larepresentación desistemas de controlmediante bloques con larepresentación mediantediagrama de flujo deseñales.

Capacidad de abstracción,análisis y síntesis Capacidad de aplicar losconocimientos en la práctica Capacidad decomunicación oral y escrita Habilidades en el uso delas tecnologías de lainformación y de lacomunicación. Capacidad paraidentificar, plantear yresolver problemas. Habilidadesinterpersonales. Capacidad de trabajo enequipo.

6 hrs

3.2. Obtención y análisis defunciones de transferencia.

Determinar funciones detransferencia de diferentesmodelos.

Aplicar al álgebra debloques en la reducciónde sistemas de controlcomplejos a una formasimple

4 hrs

3.3. Control Proporcional Investigar el modelo matemáticoy la aplicación de un sistema decontrol proporcional

Comprender los efectosde los diferentes modosde control (P, PI, PID) enla respuesta de lossistemas

4 hrs


3.4. Control ProporcionalIntegral

Investigar el modelo matemáticoy la aplicación de un sistema decontrol proporcional


4 hrs

3.5. Control ProporcionalIntegral Derivativo

Investigar el modelo matemáticoy la aplicación de un sistema decontrol proporcional


4 hrs

3.6. Estabilidad Determinar la estabilidad de unsistema, utilizando algún métodocomo Routh, sustitución directao localización de raíces en elplano complejo.

Interpretar el concepto deestabilidad y definir lascausas que lo puedensacar de estabilidad.Utilizar el criterio deestabilidad de Routh-Hurwitz y del lugar de lasraíces para determinar laestabilidad de un sistema.

8 hrs

3.7. Sintonización decontroladores.

Investigar las diferentes técnicaspara la sintonización decontroladores.

Efectuar la sintonizaciónde un controlador endiversos modos

4 hrs

3.7.1 Métodos yestrategias.

Comparar las respuestas delazo cerrado con diferentesconjuntos de parámetros

Utilizar Matlab y Simulinkcomo herramientas en elmodelado y lasimplificación de sistemasfísicos

2 hrs







Excelente

- Realiza y entrega la solución correcta de Problemario de la unidad,cumpliendo con la estructura solicitada de todos los ejercicios.



95 - 100

Notable




85 - 94

Bueno




76 - 84

Suficiente - Realiza y entrega la solución correcta de Problemario de la unidad, 70 - 74


cumpliendo con la estructura solicitada del 50% de los ejercicios.- Realiza pero no entrega en tiempo y forma el total de tareas y

actividades de clase.- Realiza y entrega un examen obteniendo puntuación NO aprobatoria.




Problemario de Unidad 20% X Evaluado por el docente con rúbricaEjercicios en clase 25% X Evaluado por el docente con rúbrica

Participación 25% X Evaluado por el docente con rúbricaExamen 30% X Evaluado por el docente con clave de examen

Total 20% 50% 30% 100%


CompetenciaNo.: IV Descripción: El alumno selecciona la técnica de control para optimizar la respuesta de un proceso

químico.

Temas y subtemas paradesarrollar la


Actividades deaprendizaje (que hace el

alumno)

Actividades de enseñanza(que hace docente)


genéricas


Unidad IV Técnicas de control4.1. Control de relación

Investigar de control masutilizadas en los procesosindustriales

Explicar cómo actúan de formapreventiva, previniendo laocurrencia del error, losmétodos de control avanzados.

Capacidad deabstracción, análisis ysíntesis Capacidad de aplicarlos conocimientos en lapráctica Capacidad decomunicación oral yescrita Habilidades en el usode las tecnologías de lainformación y de lacomunicación. Capacidad paraidentificar, plantear yresolver problemas

2 hrs

4.2. Control en cascada Analizar la aplicación de estastécnicas de control

Explicar cómo una combinaciónde control de retroalimentacióny alimentación directaproporciona el punto de ajustepara el control en cascada

3 hrs



A. Práctica 25%B. Actividades en clase 25%C. Proyecto final ( prototipo) 50%

4.3. Control anticipativo Comparar la respuesta de lasdiferentes estrategias de control.

Explicar los algoritmosmatemáticos que permitencalcular la salida probable delcontrolador anticipatorio, asícomo las desventajas de estetipo de control.

3 hrs

4.4. Otras técnicas. Comparar la respuesta de lasdiferentes estrategias de control.

Establecer bases para proyectofinal

2 hrs





Excelente

- Realiza y entrega investigación documental del proyecto final de lamateria, cumpliendo con la estructura solicitada y sustentando enfuentes de consulta académicas.


- Realiza y entrega un examen obteniendo puntuación aprobatoria.- Entrega de prototipo final.

95 - 100

Notable

- Realiza y entrega investigación documental del proyecto final de lamateria, cumpliendo con la estructura solicitada y sustentando enfuentes de consulta académicas.

- Realiza y pero no entrega en tiempo y forma el total de tareas yactividades de clase.

- Entrega de prototipo final.

85 - 94

Bueno

- Realiza y entrega investigación documental del proyecto final de lamateria, cumpliendo con la estructura solicitada y pero no sustentandoen fuentes de consulta académicas.


- Entrega de prototipo final.

76 - 84

Suficiente- Realiza y entrega investigación documental del proyecto final de la

materia, cumpliendo con la No estructura solicitada y no sustentandoen fuentes de consulta académicas.

70 – 74



- Entrega de prototipo finalCompetenciano alcanzada Insuficiente No realiza alguna o cumple con el mínimo de los indicadores. 69 o menos.



Investigación Documental 25% X Evaluado por el docente con rúbricaExposición del prototipo 25% X Evaluado por el docente con rúbrica

Desarrollo prototipo 50% X Evaluado por el docente con rúbrica

Total 25% 25% 50% 100%

5. Fuentes de información y apoyos didácticos

Fuentes de información: Apoyos didácticos:1. Smith, C. A y Corripio, A. B. (2000), Principios y Práctica de Control Automático de Procesos.(1ª Ed.). John Wiley & Sons.2. Creus S. A., (2010). Instrumentación Industrial, (8ª. Ed.).Marcombo3. Stephanopoulos, G. (2009),Chemical Process Control: An introduction to Theory andPractice. (1ª Ed.). PHI Learning.4. Thomas, E. (2012), Process Control: Designing Processes and Control Systems for DynamicPerformance. (2ª Ed.). Tata Mc-Graw Hill.5. Coughanowr, D. y LeBlac, S. (2008), Process System Analysis and Control. (3ª Ed.).,McGrawHill

Pintarrón y plumones. Computadora. Software especializado. Cañón Internet.


6. Seborg, D., Mellichamp D., Edgar T. y Doyle F. (2010) Process Dynamics and Control.(1ªEd.). John Wiley&Sons.7. Pallás A. R., (2005). Sensores y acondicionadores de señal. (4ª Ed.). Marcombo.8. Hauptmann, P., (1993),Sensors: Principles and Applications. (1ª Ed.). Prentice – Hall.9. Anderson, N. A., (1997). Instrumentation for process measurement and control, Foxboro.10. Considine, D. M.,(1999). Process/Industrial Instruments and Controls Handbook. (5ª Ed.).Mc. Graw-Hill.11 Norman S. Nise ,(2012) Sistemas de control para ingeniería (5ª Ed.).Grupo Editorial Patria


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