Ministerio de Cultura y Educación Universidad Nacional de San Luis Facultad de Ingeniería y Ciencias Agropecuarias Departamento: Ingenieria de Procesos Área: Procesos Químicos |
I - Oferta Académica | |||||||||||||||
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II - Equipo Docente | ||||||||||||||||
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III - Características del Curso | |||||||||||||||||||||||||||||||
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IV - Fundamentación |
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Cualquier ingeniero que opere o diseñe una planta industrial debe contar con conocimientos mínimos de automatización de procesos. Un adecuado sistema de control automático permite operar una planta de manera económica, segura y cumpliendo con las normativas de cuidado del medio ambiente.
Para poder automatizar un proceso es necesario poder medir algunas variables y tomar medidas sobre otras. La Instrumentación y Control de Procesos tiene como propósito fundamental el análisis, diseño y automatización de procesos en diversos sectores de la industria. |
V - Objetivos / Resultados de Aprendizaje |
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a) Capacitar al alumno para desarrollar las siguientes actividades en el campo del control automático:
- Comprender en detalle el comportamiento dinámico de los procesos en el estado transitorio - Plantear, diseñar y especificar correctamente estrategias sencillas de control. - Analizar y entender estrategias más complejas propuestas por especialistas. - Diagnosticar y resolver problemas sencillos del control de una planta en operación. - Participar en la gestión de adquisición de un sistema de control. b) Consolidar una formación básica a partir de la cual el alumno pueda especializarse en la materia. |
VI - Contenidos |
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TEMA 1: Introducción al control de procesos
1.1 Introducción 1.2 Ejemplo introductorio: 1.2.1 Control por realimentación 1.2.2 Control anticipativo 1.3 Definiciones y conceptos básicos relativos a los sistemas de control de procesos: 1.3.1 Variable de proceso 1.3.2 Punto de consigna 1.3.3 Variable manipulada 1.3.4 Variable de perturbación. 1.4 Señales e instrumentos de un sistema de control de proceso: 1.4.1 Sensor 1.4.2 Transmisor 1.4.3 Controlador 1.4.4 Actuador o elemento final de control. 1.5 Niveles de control de procesos: 1.5.1 Control regulatorio básico, CRB 1.5.2 Control regulatorio avanzado, CRA 1.5.3 Control multivariable, CM 1.5.4 Optimización en línea, OL 1.6 Diseño del sistema de control TEMA 2: Modelización del comportamiento dinámico de procesos 2.1 Introducción 2.2 Consideraciones generales acerca del modelado matemático de procesos: 2.2.1 Principios fisicoquímicos 2.2.2 Grado de detalle 2.2.3 Consistencia 2.2.4 Concepto de régimen nominal de operación. 2.3 Ecuaciones de conservación y tipos de modelos: 2.3.1 Formulación de modelos de parámetros globalizados 2.3.2 Formulación de modelos de parámetros distribuidos TEMA 3: Análisis de la dinámica de procesos en el dominio del tiempo 3.1 Introducción 3.2 Linealización de modelos dinámicos de procesos 3.3 Sistemas lineales de primer orden 3.4 Sistemas de segundo orden 3.5 Sistemas de orden superior TEMA 4: Análisis dinámico en el dominio de Laplace: Función de transferencia 4.1 Introducción 4.2 La transformada de Laplace 4.3 Resolución de ecuaciones diferenciales lineales 4.4 Funciones de transferencia de modelos entrada-salida 4.5 Análisis cualitativo del comportamiento dinámico de un sistema y concepto de estabilidad 4.6 Diagramas de bloques TEMA 5: Análisis dinámico en el dominio de la frecuencia: Respuesta en frecuencia 5.1 Introducción 5.2 Respuesta en frecuencia 5.3 Diagramas de Bode de sistemas simple 5.3.1 Ganancia estática 5.3.2 Integrador puro 5.3.3 Retardo de primer orden 5.3.4 Adelanto de primer orden 5.3.5 Tiempo muerto o retardo puro 5.3 Respuesta en frecuencia de sistemas constituidos por varias funciones de transferencia en serie TEMA 6: Modelos Dinámicos empíricos para control de procesos 6.1 Introducción 6.2 Metodología general 6.3 El método de la curva de reacción 6.4 Métodos estadísticos TEMA 7: Control por realimentación 7.1 Introducción 7.2 Instrumentación de un lazo simple de control 7.3 Controladores analógicos PID 7.4 Controladores digitales 7.5 Selección de las acciones de control TEMA 8: Análisis Dinámico y diseño de lazos de realimentación 8.1 Introducción 8.2 Diagrama de bloques y respuesta de un lazo simple de control 8.3 Criterios de estabilidad en lazo cerrado 8.4 Efecto de las acciones básicas de control sobre la respuesta en lazo cerrado TEMA 9: Sintonización de controladores PID 9.1 Introducción 9.2 Sintonización de controladores de realimentación 9.3 Criterios de calidad de respuesta 9.4 Selección del tipo de controlador 9.5 Métodos de sintonización de controladores TEMA 10: Control regulatorio avanzado: Control de procesos con grandes tiempos muertos. 10.1 Introducción 10.2 El problema de control de procesos con elevado tiempo muerto 10.3 El Predictor de Smith 10.4 El predictor de Smith y los errores de modelado 10.5 El Predictor PI 10.6 Control de procesos con respuesta inversa TEMA 11: Control regulatorio avanzado: Control con variables auxiliares 11.1 Control en cascada 11.2 Control anticipativo 11.3 Control selectivo o control con restricciones 11.4 Control de gama partida TEMA 12: Control por computadora y Control secuencial de procesos 12.1 Introducción 12.2 Ventajas e inconvenientes del control por computadora 12.3 Funciones de las computadoras en el control y supervisión de procesos 12.3.1 Adquisición y tratamiento de datos 12.3.2 Monitorización y supervisión 12.3.3 Telemando 12.3.4 Control 12.4 Estructuras actuales de los sistemas de control por computador. Buses de campo (fiel bus) 12.5 Control secuencial de procesos 12.5.1 Introducción 12.5.2 Ejemplo ilustrativo 12.6 Autómatas programables o Controladores lógicos programables (PLC) 12.6.1 Estructura de un PLC 12.6.2 Lenguajes de programación 12.6.3 Programación GRAFCET: Ejemplo aplicado al control de un proceso TEMA 13: Introducción a la instrumentación de procesos químicos 13.1 Introducción 13.2 El proceso de medida 13.3 Clasificación de los instrumentos de medida 13.4 Definiciones y conceptos básicos 13.5 La transmisión de la medida 13.6 Calibrado 13.7 Diagramas de tuberías e instrumentos, P&ID (piping and instrument diagram) TEMA 14: Medidores de temperatura 14.1 Introducción 14.2 Factores involucrados en la medición de la temperatura 14.2.1 Medición de temperatura en sólidos 14.2.2 Medición de temperatura en fluidos 14.3 Clasificación de los sensores de temperatura: 14.3.1 Termopares 14.3.2 Termoresistencias 14.3.3 Termistores 14.3.4 Pirómetros de radiación 14.8 Selección del sensor de temperatura TEMA 15: Medidores de presión y nivel 15.1 Introducción 15.2 Conversión mecánica-eléctrica 15.2.1 Galgas extensiométricas 15.2.2 Potenciómetros 15.2.3 Transductores capacitivos e inductivos 15.2.4 Transductores piezoeléctricos 15.3 Elementos primarios para la medida de presión 15.4 Medidores de nivel 15.5 Medida del nivel de sólidos TEMA 16 Medidores de caudal 16.1 Introducción 16.2 Medidores de presión diferencial 16.3 Medidores de impacto 16.4 Medidores lineales 16.5 Medidores de inserción 16.6 Medida de caudal másico con medidores volumétricos 16.7 Medidores de caudal másico 16.8 Selección de los medidores de caudal TEMA 17: Elementos finales de control: válvulas de regulación automática 17.1 Introducción 17.2 Válvulas de control 17.2.1 Válvulas de globo o asiento 17.2.2 Válvulas de mariposa 17.2.3 Válvulas de bola 17.3 Componentes de una válvula de control 17.3.1 Cuerpo y componentes internos 17.3.2 Materiales constructivos 17.3.3 Actuadores 17.3.4 Accesorios de válvulas de control 17.4 Características de caudal de las válvulas de regulación 17.5 Dimensionamiento de válvulas de control |
VII - Plan de Trabajos Prácticos |
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Práctico 1: Modelado de procesos dinámicos
Práctico 2: Análisis de la dinámica de procesos en el dominio del tiempo Práctico 3: Modelado empíricos de procesos Práctico 4: Diseño de lazos de control Práctico 5: Sintonización de controladores PID |
VIII - Regimen de Aprobación |
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METODOLOGÍA DE DICTADO Y APROBACIÓN DE LA ASIGNATURA
METODOLOGÍA: La metodología adoptada para el dictado de las clases es teóricas con prácticos de aula. Los principales aspectos serán los siguientes: - Se explicarán al comienzo de cada clase los conceptos esenciales de cada tema. - Los alumnos tendrán total libertad para solicitar aclaraciones cuando las explicaciones no sean lo suficientemente claras. - Los docentes mostrarán a los alumnos la solución de problemas modelo que den lugar a la aplicación de los conceptos introducidos en clase. Luego serán seleccionados otros problemas para resolución por parte de los alumnos de manera que posibiliten la ejercitación de los conceptos, y la resolución de los problemas que los incluyen. - Se implementarán trabajos prácticos. REGIMEN DE REGULARIDAD: Condiciones para promocionar el curso: Sólo podrán acceder a este régimen los alumnos que cumplan con las condiciones que estipula el régimen de correlatividades para cursar la asignatura y que se encuentren debidamente inscriptos en este curso. - Condiciones para regularizar el curso: 1) Asistencia al 70% de las actividades presenciales programadas. 2) Aprobación del 100% de las evaluaciones teórico-prácticas, con una calificación de al menos 7 (siete) puntos. Exámenes parciales: 2 exámenes parciales de modalidad presencial ó tipo homework según lo disponga el responsable de la asignatura, más un trabajo integrador. Los alumnos tendrán opción a 2 (dos) recuperatorios por cada parcial (Ord. CS 32/14) - Condiciones para aprobar el curso: Accederán al examen final en condiciones de alumno regular los que sean reconocidos en tal situación en la asignatura por sección alumnos. El examen final podrá ser oral u escrito, y podrá comprender cualquier contenido del programa analítico de la materia. El régimen de Promoción sin examen final no está estipulado en la materia. Régimen de Promoción con examen final para Alumnos Libres: Sólo podrán acceder a este régimen los alumnos que registraron su inscripción anual en el período establecido y aquellos que estén comprendidos en alguna de las siguientes opciones: a. Los alumnos que se inscribieron en el curso como promocionales o regulares y no cumplieron con los requisitos estipulados en el programa. b. Los alumnos no inscriptos para cursar, que cumplen con las correlativas requeridas para rendir el curso. c. Los alumnos que han regularizado el curso, pero que no rindieron la asignatura en el plazo establecido. Nota: También será de aplicación toda otra norma vigente para esta categoría de alumnos como la que exige haber regularizado al menos una asignatura de su carrera en el año académico en el que se inscribe para rendir (Ordenanza Rectoral Nº 11/83). Características de las evaluaciones libres: • El examen versará sobre la totalidad del último programa, contemplando los aspectos teóricos y prácticos del curso. • El examen constará de una instancia referida a los Trabajos Prácticos previa al desarrollo de los aspectos teóricos, que se realizará el día fijado para el Examen Final. • La modalidad del examen final podrá ser escrita u oral de acuerdo a como lo decida el tribunal evaluador. • El alumno que pretenda rendir un examen libre deberá consultar previamente con el responsable de la asignatura. Este requisito es indispensable para programar las actividades de evaluación prácticas y teóricas. |
IX - Bibliografía Básica |
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[1] Control e instrumentación de procesos químicos - Pedro Ollero de Castro y Eduardo Fernández Camacho, Editorial Síntesis (1997)
[2] Chemical Process Control - George Stephanopoulos - Prentice Hall International (1984) [3] Process systems analysis and control, Donald R. Coughanowr, Lowell B. Koppel, McGraw-Hill (1991) [4] Instrumentación Industrial, Antonio Creus Solé, 8ª Ed. Alfaomega (2011) |
X - Bibliografia Complementaria |
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[1] Dynamics and Nonlinear Control of Integrated Process Systems, Michael Baldea, Prodromos Daoutidis, Cambridge Uviversity Press (2012)
[2] Chemical Engineering Dynamics, John Ingham, Irving J. Dunn, Elmar Heinzle,Jirí E. Prenosil, Jonathan B. Snape, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim (2007) [3] Practical Process Control for Engineers and Technicians Wolfgang Altmann, Elsevier (2005) [4] Process modeling, simulation and control for chemical engineers, William L. Luyben, McGraw-Hill (1996) |
XI - Resumen de Objetivos |
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Capacitar al alumno para desarrollar actividades inherentes al campo del control automático, basadas en el análisis dinámico de procesos y en el planteo y diseño de estrategias de control.
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XII - Resumen del Programa |
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TEMA 1: Introducción al control de procesos
TEMA 2: Modelización del comportamiento dinámico de procesos TEMA 3: Análisis de la dinámica de procesos en el dominio del tiempo TEMA 4: Análisis dinámico en el dominio de Laplace: Función de transferencia TEMA 5: Análisis dinámico en el dominio de la frecuencia: Respuesta en frecuencia TEMA 6: Modelos Dinámicos empíricos para control de procesos TEMA 7: Control por realimentación TEMA 8: Análisis Dinámico y diseño de lazos de realimentación TEMA 9: Sintonización de controladores PID TEMA 10: Control regulatorio avanzado: Control de procesos con grandes tiempos muertos. Control con variables TEMA 11: Control regulatorio avanzado: Control con variables auxiliares TEMA 12: Control por computadora y Control secuencial de procesos TEMA 13: Introducción a la instrumentación de procesos químicos TEMA 14: Medidores de temperatura TEMA 15: Medidores de presión y nivel TEMA 16 Medidores de caudal TEMA 17: Elementos finales de control: válvulas de regulación automática |
XIII - Imprevistos |
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Cuando por razones de fuerza mayor no pudiera dictarse la teoría de las unidades temáticas se entregará material (apuntes o bibliografía). Las prácticas podrán autoadministrarse a partir de las guías correspondientes. En ambos casos existirá la posibilidad de supervisión o consulta a los docentes de la asignatura.
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XIV - Otros |
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