1. Ciencia

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
PROGRAMA SINTÉTICO
CARRERA: Ingeniería en Control y Automatización
ASIGNATURA: Control de Procesos I
SEMESTRE:
Octavo
OBJETIVO GENERAL:
El alumno diseñará el sistema de control integrando los conceptos de las ciencias básicas y tecnológicas,
el modelado, simulación, sintonización y operación del sistema de control retroalimentado en los equipos
de procesos.
CONTENIDO SINTÉTICO:
I. Introducción al Control de Procesos
II. Fundamentos para el Modelado de Procesos
III. Control Retroalimentado.
IV. Aplicaciones del Control Retroalimentado a las Variables de Temperatura, Nivel y Flujo.
V. Aplicaciones del Control Retroalimentado a las Variables de Concentración y Presión.
METODOLOGÍA:
Búsqueda documental por el alumno
Solución de problemas en clase y extra clase.
Exposición por parte del profesor y de los alumnos empleando: presentaciones en power point, acetatos,
prototipos, rotafolios.
EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN:
Se evaluará con tres exámenes departamentales, Primer examen unidades: I, II y III Segundo: examen
unidad IV, Tercer examen: unidad V. La calificación de la teoría será el promedio de los tres exámenes
departamentales con un peso de 40%, cada alumno elaborará y entregará un reporte por práctica de
laboratorio efectuada y el promedio de las calificaciones obtenidas tendrá un peso del 40%. Participación
en clase con un valor del 10%. Tareas, trabajos y actividades extra clase con un valor del 10%. La
calificación definitiva será la suma de la obtenida en la teoría, en el laboratorio, participaciones y; tareas,
trabajos, y actividades extra clase. Siempre y cuando, la teoría y el laboratorio sean aprobatorios.
BIBLIOGRAFÍA:
Smith, Carlos A. & Corripio, Armando B. Control Automático de Procesos Teoría y Práctica; Editorial
Limusa; México 1999; 717 págs.
Luyben W. L. Process, Modeling, Simulation, and Control For Chemical Engineers; Editorial Mc-Graw Hill;
E.U. 1990; Segunda edición; 725 págs.
Astrom Karl J. PID Controlers; Editorial Intrument Soiety of America; E.U. 1994; Segunda edición; 343
págs.
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SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y
Eléctrica
CARRERA: Ingeniería en Control y Automatización
OPCIÓN:
COORDINACIÓN:
DEPARTAMENTO: Académico de Ingeniería en
Control y Automatización
ASIGNATURA: Control de Procesos I
SEMESTRE: Octavo
CLAVE:
CRÉDITOS: 9
VIGENTE: 2006
TIPO DE ASIGNATURA: Teórico-Práctica
MODALIDAD: Escolarizada
TIEMPOS ASIGNADOS
HRS./SEMANA / TEORÍA: 3.0
HRS./SEMANA / PRÁCTICA: 3.0
HRS./TOTALES / SEMANA: 6
HRS./SEMESTRE / TEORÍA: 54
HRS./SEMESTRE / PRÁCTICA: 54
HRS./TOTALES: 108
PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO:
POR: Academia de Control y Automatización
REVISADO POR: Subdirección Académica.
APROBADO POR: Consejo Técnico Consultivo
Escolar de la ESIME Zacatenco
M. en C. Jesús Reyes García
AUTORIZADO POR: Comisión de Planes y
Programas de Estudio del Consejo General
Consultivo del IPN
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DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
ASIGNATURA:
Control de Procesos I
CLAVE:
HOJA:
2
DE
9
FUNDAMENTACION DE LA ASIGNATURA
En todas las áreas de la ingeniería, en los últimos años, se ha tenido un gran avance científico y
tecnológico; esto ha originado que los equipos que se manejan en la industria continuamente se estén
innovando. Uno de los factores importantes en esta modernización son los sistemas de control.
La materia de Control de Procesos es fundamental para el Ingeniero en Control y Automatización para
resolver problemas relacionados con el área es necesario tener el conocimiento de los procesos unitarios
y su dinámica, que le permitan aplicar las técnicas de sintonización de los controladores y la selección de
estrategias de control, esto le permitirá conocer y aplicar todas las herramientas con las que dará una
solución integral. Para ello debe de manejar todos los fundamentos relacionados al respecto, además es
una asignatura que permite integrar todo lo que se ha visto en la carrera tanto del área administrativa
como técnica.
Las asignaturas antecedentes son: Modelado de Sistemas, Teoría del Control I y II, Elementos Primarios
de Medición, Elementos de Transmisión y Control, Instrumentos Analíticos de Medición, Preparación y
Transporte de Materiales y Operaciones de Separación.
Las asignaturas consecuentes son: Control de Procesos II y Proyecto de Ingeniería
Las asignaturas colaterales son: Desarrollo Prospectivo de Proyecto y Optativa I
OBJETIVO DE LA ASIGNATURA
El alumno diseñará el sistema de control integrando los conceptos de las ciencias básicas y tecnológicas,
el modelado, simulación, sintonización y operación del sistema de control retroalimentado en los equipos
de procesos.
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DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
ASIGNATURA:
No. UNIDAD:
Control de Procesos I
I
NOMBRE:
CLAVE:
HOJA:
3
DE
9
Introducción al Control de Procesos
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno analizará los conceptos básicos de un sistema de control, en estudio de caso, aplicado a un
Proceso
No.
TEMA
TEMAS
HORAS
1.1
Introducción.
T
0.5
1.2
Conceptos básicos.
0.5
1.3
Ejemplo introductorio.
0.5
1.4
Objetivos de control en los procesos.
0.5
1.5
Condiciones de operación.
0.5
1.6
Sistema de control aplicado a procesos.
0.5
1.7
Documentación típica de ingeniería básica
1.0
1.8
Documentación típica de ingeniería de detalle
1.0
1.9
Protocolos de pruebas FAT, SAT, etc.
1.0
P
EC
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
9B, 4B, 1B, 6C, 7C,
8C, 5C, 3C
2.0
6.0
2.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Revisión de los conceptos más relevantes empleados en el establecimiento del Control de Procesos.
Mediante la exposición de un ejemplo real se identificarán las necesidades básicas de control.
Solución de ejercicios que permitan al alumno formular y evaluar los conceptos básicos del Control de
Procesos.
Tareas y trabajos entregados.
Búsqueda bibliográfica de nuevos conceptos sugeridos por el profesor.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Examen escrito de las unidades I, II y III con un valor del 40%
Participación en clase con un valor del 10%
Tareas, trabajos y actividades extra clase con un valor del 10%.
Reporte de las prácticas con un valor del 40%.
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ASIGNATURA:
No. UNIDAD:
Control de Procesos I
II
NOMBRE:
CLAVE:
HOJA:
4
DE
9
Fundamentos para el Modelado de Procesos
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno analizará los fundamentos para el desarrollo de modelos aplicados a los procesos, así como
las herramientas que le permitan solucionarlos en las unidades posteriores.
No.
TEMA
TEMAS
HORAS
T
0.5
2.1
2.1.1
2.1.2
Balances fundamentales.
Cinética química
Equilibrio químico
2.2
2.2.1
Herramientas para el planteamiento de modelos
Transformada de Laplace, diagrama de
bloques, diagramas de simulación y variables
de estado aplicados a control de procesos.
Linealización y variables de desviación,
análisis de grados de libertad y validación
1.5
2.3
2.3.1
2.3.2
Herramientas para la solución de modelos
Solución analítica
Solución numérica
1.0
2.4
Respuesta de los procesos.
Clasificación de la respuesta de procesos
(Estado estable y estado transitorio).
1.0
2.5
2.5.1
Modelos empíricos
Curva de reacción de proceso (método grafico).
Aplicaciones a un proceso térmico y de nivel.
2.0
2.2.2
P
EC
9B, 4B, 7C, 8C, 5C,
3C
2.0
6.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Análisis de ejemplos con el uso de la computadora digital
Solución de tareas por parte de los alumnos en el salón de clase.
Exposición de los temas por el profesor con el auxilio de la computadora digital.
Realización de prácticas de laboratorio
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Examen escrito de las unidades I, II y III con un valor del 40%
Participación en clase con un valor del 10%
Tareas, trabajos y actividades extra clase con un valor del 10%.
Reporte de las prácticas con un valor del 40%.
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
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ASIGNATURA:
No. UNIDAD:
CLAVE:
Control de Procesos I
III
NOMBRE:
HOJA:
5
DE
9
Control Retroalimentado.
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno analizará y evaluará el mejor algoritmo de control, según la respuesta del proceso con sus
parámetros de sintonización, simulando diferentes técnicas que incluyen: Zieglers Nichols, oscilación
sostenida e índice de desempeño.
No.
TEMA
TEMAS
T
0.5
P
Modos de control (ON-OFF, P, PI, PD y PID).
Algoritmos.
Características (transferencia bumpless, resetwind up y cambios de puntos de referencia).
Controladores PID digitales.
Tecnologías de controladores en hardware y
software
2.5
3.0
Técnicas de sintonización.
Lazo abierto (Ziegler Nichols e índices de
desempeño)
Lazo cerrado (Prueba y error, oscilaciones
sostenidas).
3.0
3.0
3.1
Introducción al control retroalimentado.
3.2
3.2.1
3.2.2
3.2.3
3.3
3.3.1
3.3.2
HORAS
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Realizar las evaluaciones de los sistemas de control retroalimentado.
Realización de prácticas
Resolución de ejercicios en clase coordinados por el profesor
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Examen escrito de las unidades I y II con un valor del 40%
Participación en clase con un valor del 10%
Tareas, trabajos y actividades extra clase con un valor del 10%.
Reporte de práctica de laboratorio con un valor del 40%
EC
2.0
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
9B, 4B, 1B, 6C, 7C,
2C, 8C, 5C, 3C
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ASIGNATURA:
No. UNIDAD:
Control de Procesos I
IV
CLAVE:
HOJA:
6
DE
9
Aplicaciones del Control Retroalimentado a las Variables de
NOMBRE: Temperatura, Nivel y Flujo
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno diseñará el sistema de control previo análisis de los conceptos físicos y matemáticos de las
variables de temperatura, nivel y flujo, comprobando los resultados obtenidos en simulación mediante
pruebas experimentales.
No.
TEMA
4.1
4.1.1
4.1.2
4.1.3
4.1.4
4.1.5
4.1.6
4.2
4.2.1
4.2.2
4.2.3
4.2.4
4.2.5
4.2.6
TEMAS
Control de Temperatura
Procedimiento para obtener un modelo de
transferencia de energía calorífica
Consideraciones técnicas para el control de la
temperatura
Intercambiador de calor
DTI del intercambiador de calor
Sintonización del control.
Puesta en marcha y operación.
Control de Nivel y Flujo.
Consideraciones técnicas para el control de nivel
y flujo
Procedimiento para obtener un modelo en un
equipo de flujo de fluidos y de almacenamiento
Tanque de nivel.
DTI para el tanque
Sintonización del control.
Puesta en marcha y operación.
HORAS
T
9.0
P
9.0
EC
3.0
9.0
9.0
3.0
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
9B, 4B, 8C, 5C
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Interacción con el profesor atendiendo sus indicaciones: tareas, y exposición
Realización de simulaciones con el uso de la computadora como un paso en el diseño previo
implementación práctica.
Interacción práctica-teórica con el objeto de desarrollar la observación y el análisis.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Examen escrito de la unidad IV con un valor del 40%
Participación en clase con un valor del 10%
Tareas, trabajos y actividades extra clase con un valor del 10%.
Reporte de práctica de laboratorio con un valor del 40%
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ASIGNATURA:
No. UNIDAD:
Control de Procesos I
V
NOMBRE:
CLAVE:
HOJA:
7
DE:
9
Aplicaciones del Control Retroalimentado a las Variables de
Concentración y Presión.
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno diseñará el sistema de control previo análisis de los conceptos físicos, químicos y
matemáticos de las variables de concentración, pH y presión, comprobando los resultados obtenidos en
simulación mediante pruebas experimentales.
No.
TEMA
5.1
5.1.1
5.1.2
5.1.3
5.1.4
5.1.5
5.1.6
5.2
5.2.1
5.2.2
5.2.3
5.2.4
5.2.5
5.2.6
TEMAS
Control de composición y pH.
Consideraciones técnicas para el control de la
composición y el pH
Procedimiento para obtener el modelo de
transferencia de masa (composición)
Reactor, columna de destilación y equipo de
acondicionamiento de pH.
DTI’s del reactor y columna de destilación
Sintonización del control.
Puesta en marcha y operación.
Control de Presión.
Consideraciones técnicas para la presión
Procedimiento para obtener el modelo de un
equipo de almacenamiento de gases.
Tanque a Presión.
DTI del tanque a presión
Sintonización del control.
Puesta en marcha y operación.
HORAS
T
9.0
P
9.0
9.0
9.0
EC
3.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Resolución de ejercicios en clase coordinados por el profesor
Tarea y trabajos extraclase
Realización de prácticas de laboratorio
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Tercer examen departamental, que abarca las unidades V, con un valor del 40%.
Participación en clase con un valor del 10%
Tareas, trabajos y actividades extra clase con un valor del 10%.
Reporte de práctica de laboratorio con un valor del 40%
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
9B, 4B, 5C, 8C
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ASIGNATURA: Control de Procesos I
CLAVE:
HOJA:
8
DE
9
RELACIÓN DE PRACTICAS
Práctica
No.
1
NOMBRE DE LA PRACTICA
UNIDAD
Familiarización de diferentes equipos de
laboratorio, su instrumentación y conexión
I
DURACIÓN
[Horas]
6.0
2
Obtención de la respuesta en lazo abierto de
varias plantas.
II
6.0
3
Validación del modelo con la respuesta
temporal y la obtenida por identificación
paramétrica de diversas plantas
III
6.0
4
Simulación y Validación del sistema de
control PID a la variable de temperatura
IV
9.0
5
Simulación y Validación del sistema de
control PID a las variables de flujo y nivel
IV
9.0
6
Simulación y Validación del sistema de
control PID a la variable de composición
V
9.0
7
Simulación y Validación del sistema de
control PID a la variable de presión
V
9.0
LUGAR DE
REALIZACIÓN
Todas las
prácticas se
realizarán en el
laboratorio de
Control de
Procesos
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ASIGNATURA:
Control de Procesos I
CLAVE:
HOJA:
9
DE
9
PERIODO
UNIDAD
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
1º
I, II y III
Evaluación con tres exámenes departamentales el cual tendrá
un valor del 40%.
2º
IV
3º
V
Participación en clase con un valor del 10%
Tareas, trabajos y actividades extra clase con un valor del 10%.
Cada alumno elaborará y entregará un reporte técnico por
práctica de laboratorio efectuada, y el promedio de las
calificaciones obtenidas tendrá un peso del 40%.
La calificación definitiva será la suma de la obtenida en la
teoría, en el laboratorio, participaciones y; tareas, trabajos, y
actividades extra clase. Siempre y cuando, la teoría y el
laboratorio sean aprobatorios.
CLAVE
B
1
X
C
2
X
3
X
4
X
5
X
6
X
7
X
8
X
9
X
BIBLIOGRAFÍA
Astrom, Karl J. PID Controlers; Editorial Intrument Soiety of
America; E.U. 1994; Segunda edición; 343 págs.
Corripio, Armando B. Tuning of Industrial Control Systems;
Editorial Intrument Soiety of America; E.U. 1990; Primera
edición; 279 págs.
Goodwn, Graham C.; Graebe, Stefan F.; Salgado, Mario E.
Control System Design; Editorial Prentice Hall; E.U. 2001;
Primera edición; 908 págs.
Luyben W. L. Process, Modeling, Simulation, and Control For
Chemical Engineers; Editorial Mc-Graw Hill; E.U. 1990; Segunda
edición; 725 págs.
Marlin, Thomas E. Process Control: Designing Process and
Control for Dynamic Performance; Editorial McGraw Hill; E.U.
2000; Segunda edición; 1017 págs.
Murrill, Paul W. Fundamentals of Process Control Theory;
Editorial Intrument Soiety of America; E.U. 1991; Segunda
edición; 273 págs.
Roca, Cusido Alfred; Control de Procesos; Editorial Alfaomega;
Segunda Edición; España 2002; Segunda edición; 606 págs.
Shinskey, F.G. Simulatig Process Control Loops; Editorial
Intrument Soiety of America; E.U. 1990; Primera edición; 216
págs.
Smith, Carlos A. & Corripio, Armando B. Control Automático de
Procesos Teoría y Práctica; Editorial Limusa; México 1999; 717
págs.
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SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA
1. DATOS GENERALES
ESCUELA:
Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Zacatenco
CARRERA:
Ingeniería en Control y Automatización
ÁREA:
BÁSICAS C. INGENIERÍA
ACADEMIA:
Control y Automatización
ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO
REQUERIDO:
SEMESTRE
D. INGENIERÍA
Octavo
C. SOC. y HUM.
ASIGNATURA:
Control de Procesos I
Ingeniero en Control, Ingeniero Electricista, Ingeniero en
Comunicaciones y Electrónica e Ingeniero Químico.
Preferentemente con posgrado en área afín con la carrera.
2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA:
El alumno diseñará el sistema de control integrando los conceptos de las ciencias básicas y tecnológicas,
el modelado, simulación, sintonización y operación del sistema de control retroalimentado en los equipos
de procesos.
3. PERFIL DOCENTE:
CONOCIMIENTOS
• Modelación
matemática
• Función de
transferencia
• Respuesta a la
frecuencia.
• Criterios de
estabilidad
• Conocimiento en el
manejo de las
variables de
temperatura, nivel,
flujo, presión y
composición
• Conocimiento de
termodinámica
• Electrónica
• Instrumentación
EXPERIENCIA
PROFESIONAL
• En la selección,
aplicación, operación y
diseño de sistemas de
control aplicados a las
industrias: petroquímica,
alimenticia,
manufacturera y
química.
• Experiencia en la
aplicación del control de
procesos
• Especialización en el
área de control de
procesos
HABILIDADES
• Comunicación
• Establecimiento
de climas
favorables al
aprendizaje.
• Transferencia del
conocimiento
teórico y práctico
a la solución de
problemas.
• Análisis y
síntesis.
• Manejo de
grupos.
• Realizar
analogías y
comparaciones
en forma simple.
ACTITUDES
Respeto
Compromiso social
Ética
Responsabilidad
Actualización
Colaboración
Superación docente y
profesional.
• Cooperativa
• Liderazgo.
•
•
•
•
•
•
•
ELABORÓ
REVISÓ
AUTORIZÓ
Ing. Luis Enrique Murillo Yañez
Presidente de la Academia
Ing. Guillermo Santillán Guevara
Subdirector Académico
M. en C. Jesús Reyes García
Director del Plantel
FECHA:
2006