Control de Procesos Programa[1]

Direccin General de Educacin Superior Tecnolgica

1. Datos Generales de la asignatura

Nombre de la asignatura:

Clave de la asignatura:

Crditos (Ht-Hp_ crditos):

Carrera:

CONTROL DE PROCESOS

PQC-1304

2 2 4

ING. QUMICA

2. Presentacin

Caracterizacin de la asignatura

El control de procesos qumicos y bioqumicos atiende la naturaleza dinmica de los procesos y a la consiguiente necesidad de regular las variables deseadas del proceso, para que ste se ajuste a los requerimientos ptimos de operacin en trminos de rendimiento tcnico, econmicos y de seguridad. Por otro lado, la caracterstica dinmica de los procesos qumicos y bioqumicos permite al alumno, trasladar los conocimientos adquiridos en otras asignaturas y complementar el tratamiento de funcionamiento esttico o de rgimen permanente de las diferentes operaciones unitarias en los procesos qumicos y bioqumicos.

Intencin didctica

El temario est organizado, en cinco unidades. Los conceptos generales junto con ejemplos, diagramas de bloques incluyendo los de retroalimentacin, se presentan en la primera unidad, la siguiente unidad se enfocan al modelado matemtico y dinmico de procesos, basados en los balances de materia y energa junto con la solucin de ecuaciones matemticas mediante la transformada de Laplace. En la tercera unidad se pretende dar un panorama de los principios de operacin de lo que es un lazo abierto, especficamente haciendo nfasis en sistemas que van desde el primer orden hasta el orden n.

En la cuarta unidad se trata el tema relacionado con los sistemas de control automtico bajo el esquema de la aplicacin de funciones de transferencia y la sintonizacin de controladores PID. Finalmente se estudian estrategias de control de procesos utilizados en la industria, como son: control relacional, en cascada y anticipatorio.

3. Participantes en el diseo y seguimiento curricular del programa

Lugar y fecha de

elaboracin o revisin

Participantes

Observaciones

4. Competencias a desarrollar

Competencia general de la asignatura

Establecer a partir de los requerimientos de un proceso qumico o bioqumico, las necesidades bsicas de control, la instrumentacin ms adecuada, tanto de sensores como actuadores, la configuracin del o de los lazos necesarios para el correcto funcionamiento del sistema y establecer los parmetros de sintona de los controladores que permitan al alumno comprender el comportamiento dinmico de los procesos y las estrategias para mantenerlos en su punto de operacin deseado..

Competencias especficas

Conocer los principios para la medicin de las variables de proceso: Conocer los diferentes tipos de medidores de presin, flujo, nivel y temperatura. Conocer los elementos finales de control. Deducir el modelo matemtico de sistemas fsicos. Comprender los conceptos fundamentales de los elementos y sistemas de control. Obtener la respuesta en el dominio del tiempo de sistemas fsicos, partiendo de los modelos matemticos y transformados al dominio de Laplace. Comprender los efectos de los diferentes modos de control en la respuesta de los sistemas. Reconocer la estabilidad de sistemas de control automtico. Determinar los parmetros de ajuste de los controladores a lazo cerrado. Conocer algunas de las diferentes estrategias de control de procesos qumicos.

Competencias genricas

Competencias instrumentales Capacidad de anlisis y sntesis Capacidad de organizacin y planificacin. Habilidades bsicas de manejo de la computadora Habilidad para buscar y analizar informacin proveniente de fuentes diversas Solucin de problemas Toma de decisiones. Resolucin de casos prcticos Competencias interpersonales Razonamiento crtico Trabajo en un equipo de carcter interdisciplinario. Trabajo en un contexto internacional. Capacidad para comunicarse con expertos de otras reas Competencias sistmicas Aprendizaje autnomo. Adaptacin a nuevas situaciones. Capacidad de aplicar los conocimientos en la prctica

5. Competencias previas de otras asignaturas

Competencias previas

Conocer y resolver problemas con Variable compleja

Tener la capacidad de solucionar ecuaciones diferenciales

Poder analizar y resolver problemas de flujo de fluidos y transporte de calor

Realizar la solucin de problemas de balances de materia y energa

Tener nociones bsicas sobre Instrumentacin y control

Poder determinar la cintica en una reaccin

6. Temario

Temas

Subtemas No.

Nombre

1. Introduccin 1.1 Conceptos generales

1.2 Ejemplos bsicos

1.3 Diagramas de bloques

1.4 Retroalimentacin

2.

Modelos matemticos de sistemas

fsicos

2.1 Obtencin de modelos dinmicos

mediante balances de materia, energa y/o

momentum

2.2 Solucin de ecuaciones diferenciales

mediante la transformada de Laplace

2.3 Funcin de transferencia

3.

Anlisis dinmico de lazo abierto

3.1 Sistemas de primer orden

3.2 Sistemas de segundo orden

3.3 Sistemas de orden n

3.4 Tcnicas de identificacin

4.

Sistemas de control automtico de

simple retroalimentacin

4.1 Algebra de bloques

4.2 Funciones de transferencia para el

problema servo y para el regulador

4.3 Sintonizacin de controladores PID

4.4 Estabilidad

5.

Sistema de control avanzado

5.1 Control en cascada 5.2 Control prealimentado 5.3 Compensacin adelanto-atraso 5.4 Control de relacin

7. Actividades de aprendizaje

Competencia especfica y genricas (a desarrollar y fortalecer por tema)


Comprender los conceptos fundamentales de los elementos y sistemas de control. Conocer los parmetros de ajuste de los controladores. Conocer algunas de las diferentes estrategias de retroalimentacin de procesos qumicos. Competencias genricas

Competencias instrumentales Habilidad para buscar y analizar informacin proveniente de fuentes diversas Solucin de problemas Competencias interpersonales Razonamiento crtico Competencias sistmicas Aprendizaje autnomo. Capacidad de aplicar los conocimientos en la prctica

Tema Actividades de aprendizaje

1.1 Conceptos generales

1.2 Ejemplos bsicos

1.3 Diagramas de bloques

1.4 Retroalimentacin

Revisar textos especializados para conocer los fundamentos de control de procesos Investigar lazos de control de equipos y procesos de la ingeniera qumica Realizar diagramas de bloques de diversos procesos Plantear los primeros balances con el trmino de acumulacin.


Competencias especficas Deducir el modelo matemtico de sistemas fsicos. Comprender los conceptos fundamentales de los elementos y sistemas de control. Obtener la respuesta en el dominio del tiempo de sistemas fsicos, partiendo de los modelos matemticos y transformados al dominio de Laplace. Competencias genricas Competencias instrumentales Capacidad de anlisis y sntesis Capacidad de organizacin y planificacin. Habilidades bsicas de manejo de la computadora Resolucin de casos prcticos Competencias interpersonales Razonamiento crtico Competencias sistmicas Adaptacin a nuevas situaciones. Capacidad de aplicar los conocimientos en la prctica


2.1 Obtencin de modelos dinmicos

mediante balances de materia, energa y/o

momentum

2.2 Solucin de ecuaciones diferenciales

mediante la transformada de Laplace

2.3 Funcin de transferencia

Realizar una investigacin sobre la clasificacin de modelos matemticos. Modelar sistemas fsicos a partir de cambios sencillos a los ejemplos realizados en aula Elaborar una tabla con los diversos mtodos para resolver dichos modelos



Deducir el modelo matemtico de sistemas fsicos. Comprender los conceptos fundamentales de los elementos y sistemas de control. Obtener la respuesta en el dominio del tiempo de sistemas fsicos, partiendo de los modelos matemticos y transformados al dominio de Laplace. Comprender los efectos de los diferentes modos de control en la respuesta de los sistemas. Competencias genricas

Competencias instrumentales Capacidad de anlisis y sntesis Solucin de problemas Toma de decisiones. Resolucin de casos prcticos Competencias interpersonales Razonamiento crtico Trabajo en un equipo de carcter interdisciplinario. Competencias sistmicas Aprendizaje autnomo. Adaptacin a nuevas situaciones. Capacidad de aplicar los conocimientos en la prctica


3.1 Sistemas de primer orden

3.2 Sistemas de segundo orden

3.3 Sistemas de orden n

3.4 Tcnicas de identificacin

Transformar al dominio de Laplace los balances de masa y energa a rgimen dinmico. Establecer las funciones de transferencia para la preparacin de diagramas de bloques Discutir el significado de la funcin de transferencia



Conocer los principios para la medicin de las variables de proceso: Conocer los diferentes tipos de medidores de presin, flujo, nivel y temperatura. Obtener la respuesta en el dominio del tiempo de sistemas fsicos, partiendo de los modelos matemticos y transformados al dominio de Laplace. Comprender los efectos de los diferentes modos de control en la respuesta de los sistemas. Competencias genricas

Competencias instrumentales Capacidad de anlisis y sntesis

Capacidad de organizacin y planificacin. Solucin de problemas Resolucin de casos prcticos Competencias interpersonales Razonamiento crtico Competencias sistmicas Capacidad de aplicar los conocimientos en la prctica


4.1 Algebra de bloques

4.2 Funciones de transferencia para el

problema servo y para el regulador

4.3 Sintonizacin de controladores PID

4.4 Estabilidad

Revisar textos especializados para conocer los sistemas de retroalimentacin Ejemplificar la estrategia de control retroalimentado en otros sistemas fsicos, en la vida cotidiana y en reas ajenas a la ingeniera



Comprender los efectos de los diferentes modos de control en la respuesta de los sistemas. Reconocer la estabilidad de sistemas de control automtico. Determinar los parmetros de ajuste de los controladores a lazo cerrado. Conocer algunas de las diferentes estrategias de control de procesos qumicos. Competencias genricas

Competencias instrumentales Capacidad de anlisis y sntesis Capacidad de organizacin y planificacin. Solucin de problemas Toma de decisiones. Resolucin de casos prcticos Competencias interpersonales Razonamiento crtico Trabajo en un equipo de carcter interdisciplinario. Competencias sistmicas Aprendizaje autnomo. Adaptacin a nuevas situaciones. Capacidad de aplicar los conocimientos en la prctica


5.1 Control en cascada Revisar textos especializados para conocer

5.2 Control prealimentado

5.3 Compensacin adelanto-atraso

5.4 Control de relacin

los sistemas de control avanzados

Ejemplificar la aplicacin de los sistemas avanzados de control

8. Prcticas (para fortalecer las competencias de los temas y de la asignatura)

Uso de simuladores dinmicos

Visitas a industrias con fuerte instrumentacin y control de sus procesos

Instrumentacin y control de dispositivos en laboratorio

9. Proyecto integrador (Para fortalecer las competencias de la asignatura con otras

asignaturas)

El proyecto integrador para esta asignatura ser el calcular, disear y armar una parte de

un proceso, instrumentarlo y ajustar el mismo de tal forma que funcione de manera

consistente.

Preferentemente se recomienda que dicho diseo sea impreso en impresoras 3D para

poder realizar la instrumentacin de manera prctica y demostrativa.

10.. Evaluacin por competencias (especficas y genricas de la asignatura)

Tareas individuales y por equipo.

Trabajos de investigacin individual y por equipo.

Exposiciones grupales.

Participacin en el taller de solucin de problemas.

Prcticas mediante el uso de simuladores dinmicos

11. Fuentes de informacin (actualizadas considerando los lineamientos de la APA*)

1. Coughanowr, D. R.(2008). Process Systems Analysis and Control,E.U.: Ed. McGraw Hill.

2. Seborg, D. E., Edgar, T. F. y Mellichamp, D. A.(2010). Process Dynamics and Control, E.U.: Ed. John Wiley and sons.

3. Stephanopoulos G. (2006 ). Chemical Process Control: An introduction to theory and practice, E.U.: Ed. Prentice Hall.

4. Luyben, W. L. (2002) Process Modeling, Simulation and Control for Chemical Engineers. E.U.: Ed. Mc Graw Hill.

5. Ogunnaike, B. A. y Ray, W. H., Process dynamics, Modelling, and Control. E.U.: Ed. Oxford University Press.

6. Smith, C. A. y Corripio, A. B. (2006). Control Automtico de Procesos. Mxico.: Ed.

Limusa.

* American Psychological Association (APA)

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