Programa de la asignatura:
Ingeniería de control de procesos
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Información general de la asignatura
Ciencias de la Salud Biológicas y Ambientales | Ingeniería en Biotecnología
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Ingeniería en control de procesos Información general de la asignatura
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Nombre de la asignatura
Horas de estudio
Semestre
Ingeniería en control de procesos
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Quinto
Claves de la asignatura Biotecnología TSU: N/A
ING: 19143530
Universidad Abierta y a Distancia de México
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Índice Información general de la asignatura ........................................................................................ 1 Ficha de identificación ............................................................................................................... 1 Presentación.............................................................................................................................. 3 Propósito ................................................................................................................................... 4 Competencias a desarrollar ...................................................................................................... 5 Temario…………………………………………………………………………………………………6 Metodología de trabajo .............................................................................................................. 7 Evaluación ............................................................................................................................... 10 Fuentes de consulta ................................................................................................................ 12
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Presentación
La asignatura Ingeniería en control de procesos pertenece al quinto semestre de la Licenciatura en Ingeniería en Biotecnología, dentro del Módulo de Formación Disciplinar. Se encuentra en estrecha relación con las asignaturas de Ingeniería en bioprocesos y operaciones unitarias II e Ingeniería en bioprocesos. La ingeniería de control de procesos es una herramienta indispensable para la automatización y supervisión de procesos industriales químicos y bioquímicos complejos; se registran y regulan variables como son el caudal, la temperatura y la concentración durante el desarrollo de procesos, en ello se involucran el uso de sensores y reguladores, entre otras soluciones de ingeniería aplicables a estos casos. Esta materia te permitirá abordar temas básicos de control automático, así como la relación de éstos con el entorno técnico y ambiental. Los temas fundamentales, como sistemas automáticos, retroalimentados y modelos de respuesta temporal, te permitirán asociar procesos físicos y aplicaciones técnicas, despertando así tu interés por otras posibles aplicaciones dentro de la industria biotecnológica. En la actualidad, en las modernas fábricas e instalaciones industriales, se hace cada días más necesario tener sistemas de control que permitan mejorar y optimizar una gran cantidad de procesos, en donde la sola presencia del hombre es insuficiente para gobernarlos. La industria espacial, de aviación, petroquímica, papelería, textil, del cemento, etc., son algunos ejemplos donde se necesitan sistemas de control, cuya complejidad ha traído como consecuencia el desarrollo de técnicas dirigidas a su proyecto y construcción. Esta asignatura está integrada por tres Unidades: Universidad Abierta y a Distancia de México
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Unidad 1. Conceptos generales de ingeniería de control de procesos. En la primera Unidad se compararán los sistemas de control de lazo abierto y cerrado en procesos biotecnológicos y en equipos automatizados. Unidad 2. Diseño se sistemas de control de retroalimentación. En esta Unidad se identificarán los parámetros de diseño de los sistemas de control automático mediante el análisis de modelos matemáticos, así como la respuesta dinámica de los sistemas físicos y químicos. Unidad 3. Métodos de sintonización de controladores industriales. En esta última Unidad se compararán técnicas de compensación para lograr la estabilidad de un sistema de control automatizado y se abordarán sus aplicaciones biotecnológicas, ampliando los conceptos relacionados con la utilización de sistemas apropiados para estos procesos.
Propósito
El estudio de la asignatura de Ingeniería de control de procesos te permitirá comprender el comportamiento dinámico de las variables de un proceso industrial, entender cómo proyectar o analizar sistemas de control automático y prever la forma en la que se comportarán, así como caracterizar y especificar la instrumentación disponible en la actualidad para diseñar estrategias de control.
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Competencias a desarrollar
Competencia General Analizar los sistemas de control y automatización para su implementación en procesos químicos industriales, determinando los parámetros físicos y químicos de dichos procesos. Competencias específicas de Unidad
Unidad 1
Comparar los sistemas de control de lazo cerrado y abierto mediante el análisis de casos, identificando parámetros específicos para definir el modelo matemático de control de cada caso.
Unidad 2
Comparar los diferentes tipos de controladores mediante parámetros particulares de diseño de dichos sistemas, para el análisis de los modelos matemáticos de los sistemas de control.
Unidad 3
Elegir los métodos de sintonización mediante el estudio de los diferentes parámetros particulares y tipos de controladores industriales, para su aplicación en procesos químicos.
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Temario Unidad 1. Conceptos generales de ingeniería de control de procesos 1.1. Definiciones y conceptos de ingeniera de control de procesos 1.1.1. Simbología y diagramas de bloques 1.1.2. Sistemas de control: entrada, salida, sistemas abiertos, variables y funciones 1.2. Tipos de sistemas 1.2.1. Métodos gráficos 1.2.2. Métodos del modelo de referencia 1.2.3. Métodos de mínimos cuadrados 1.3. Modelación dinámica de sistemas de control 1.3.1. Sistemas de primer orden 1.3.2. Sistemas de segundo orden 1.3.3. Sistemas de orden superior Unidad 2. Sistemas de control automatizado de simple realimentación 2.1. Sistemas de control 2.1.1. Desarrollo de función de transferencia 2.1.2. Tipos de sistemas de control retroalimentado 2.1.3. Comportamientos dinámicos de sistemas de control 2.1.4. Estabilidad de sistemas de control 2.2. Controlador proporcional y control proporcional integral 2.2.1. Controlador proporcional con perturbaciones y retardo 2.2.2. Controlador proporcional integral con perturbaciones y con retardo 2.3. Controlador proporcional e integral derivativo 2.3.1. Controladores proporcional e integral derivativo con perturbaciones 2.3.2. Controlador proporcional e integral derivativo con retardo Unidad 3. Métodos de sintonización de controladores industriales 3.1. Tipos de métodos de sintonización de controladores 3.1.1. Método de Zingler-Nichols 3.1.2. Método de Cohen-Coon 3.1.3. Método de un cuarto de decaimiento de la respuesta Universidad Abierta y a Distancia de México
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3.1.4. Método de mapas de sintonización 3.2. Sistemas de control automático de retroalimentación compleja 3.2.1. Diseño de controladores 3.2.2. Control de cascada 3.2.3. Control de banda muerta 3.3. Aplicaciones en procesos químicos industriales 3.3.1. Control de nivel 3.3.2. Control de flujo 3.3.3. Control de temperatura
Metodología de trabajo
A continuación se describe la metodología de trabajo y se dan los lineamientos generales bajo los cuales se trabajará la asignatura. La metodología de enseñanza y evaluación será el Aprendizaje Basado en Problemas (ABP), así como la realización de prácticas teóricas y ejercicios, enfatizando la necesidad de la participación y cumplimiento del estudiante de forma ordenada y coordinada con el docente en línea para el logro de las competencias establecidas en la asignatura. El uso del Aprendizaje Basado en Problemas, la realización de prácticas teóricas y ejercicios le permitirán al estudiante adquirir habilidades y conocimientos que propicien aprendizajes significativos, que le permitan enfrentar situaciones de su entorno en un contexto real, aplicando el conocimiento y conceptos que se van obteniendo a lo largo de la asignatura, además de propiciar el interés por el desarrollo sustentable de su medio y la preservación de los recursos naturales.
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Durante el semestre se realizarán diversas actividades, cuya finalidad es reforzar y aplicar los conocimientos revisados a lo largo del curso, lo cual le permitirá desarrollar las competencias señaladas en el programa. Es importante que las prácticas y ejercicios se realicen en su totalidad y en el momento señalado, para que los estudiantes puedan evaluar sus avances o deficiencias con respecto a los temas indicados. A lo largo del curso se trabajará con problemas prototípicos, mismos que serán orientados por el docente en línea. Foro de Dudas y consultas.
En él podrás plasmar todas las inquietudes y cuestionamientos que te vayan surgiendo al momento de consultar los contenidos nucleares (materiales por unidad), así como al realizar las actividades y evidencia de aprendizaje. Tu docente en línea también podrá realizarte un diagnóstico de todos los conocimientos, relacionados con la asignatura, con los que cuentas, o bien, organizar equipos de trabajo si se requiere realizar una actividad en equipo con tus compañeros(as).
Planeación didáctica del docente en línea.
Este espacio fue diseñado para que el docente en línea pueda plasmar y comunicar tanto las actividades determinadas para esta asignatura como las complementarias; éstas últimas te aportarán elementos para alcanzar la competencia específica, es decir, tu objetivo por unidad. Es importante mencionar que deberás estar al pendiente de este espacio, porque el docente en línea puede comunicarse contigo y atender contingencias o problemáticas que vayan surgiendo en el semestre. Asimismo, te comunicará el diseño de cada una de las actividades que contribuirán a tu aprendizaje y asignar fechas de entrega, y que finalmente autogestiones tú tiempo requerido para esta asignatura, otra de las funciones de este espacio es que también te puede enviar material extra de consulta.
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Autorreflexiones
Por otro lado, cuentas con la actividad de Autorreflexiones, misma que podrás realizar mediante dos herramientas en el aula, un foro de consulta y una tarea. El docente en línea te formulará preguntas detonadoras en el foro para generarte una reflexión respecto a lo revisado en cada unidad, reflexión que podrás plasmar a través de un documento que, a su vez, podrás subir en la herramienta de tarea con el mismo nombre.
Asignación a cargo del docente en línea
Asimismo, cuentas con la pestaña de Asignación a cargo del docente en línea, en la cual podrás encontrar, debidamente configuradas, herramientas de tareas, cuyo número corresponderá al número de unidades determinadas por esta asignatura. En estas herramientas deberás subir las respuestas de las actividades complementarias determinadas y comunicadas por tu docente en línea mediante el foro de Planeación didáctica del docente en línea, y te permitirán abarcar conocimientos y habilidades para alcanzar las competencias establecidas en la asignatura.
Contenidos nucleares
Por último, no olvides consultar los contenidos nucleares que fueron seleccionados, determinados y desarrollados por un equipo docente para cada unidad, ya que estos contenidos nucleares son el conocimiento mínimo que debes aprender para poder realizar las actividades mencionadas anteriormente y así concluir con éxito la asignatura Desarrollo sustentable. ¡No dejes de hacerlo!
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Evaluación
Para acreditar la asignatura se espera la participación responsable y activa del estudiante, contando con el acompañamiento y comunicación estrecha con su docente en línea, quien, a través de la retroalimentación permanente, podrá evaluar de manera objetiva su desempeño. En este contexto, la retroalimentación permanente es fundamental para promover el aprendizaje significativo y reconocer el esfuerzo. Es requisito indispensable la entrega oportuna de cada una de las tareas, actividades y evidencias, así como la participación en foros y demás actividades programadas en cada una de las unidades y conforme a las indicaciones dadas. Las rúbricas establecidas para cada actividad contienen los criterios y lineamientos para realizarlas, por lo que es importante que el (la) estudiante las revise antes de elaborar sus actividades. Para este semestre, la evaluación se hará con base en las siguientes categorías: Foro de presentación y dudas En este espacio el grupo se integrará, se resolverán las dudas respecto a la asignatura y su evaluación. Planeación didáctica del docente en línea La planeación didáctica del docente en línea muestra de forma organizada y en un solo momento el diseño de las actividades e intervenciones que realizará el docente durante el desarrollo del curso en cada una de las unidades temáticas. Foro holístico En este espacio se espera que socialices y desarrolles tu objeto de investigación bajo el eje de problema prototípico, apoyándote en el contenido, así como en los recursos que se proponen.
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Producto del foro holístico Será el docente en línea quien diseñe los criterios generales del documento a entregar, el cual derivará de las ideas fuerza detectadas en el Foro holístico. Evidencia de aprendizaje – EA Dentro de la Planeación didáctica el docente en línea explicará la “Delimitación del problema prototípico” y describirá, de forma general, de que tratará la Evidencia de aprendizaje; así como el problema que se abordará. El docente proporcionará las instrucciones precisas sobre el formato en que entregarás dicho documento. Autorreflexiones En este espacio el docente es libre de proponer una actividad con el propósito de cubrir aquellos puntos que requieran de mayor profundidad. Es posible que se lancen algunas preguntas detonadoras o alguna actividad complementaria. A continuación se presenta el esquema general de evaluación.
Esquema de evaluación Evaluación continua
E-portafolio
Asignación a cargo del docente
Actividades colaborativas
10%
Actividades individuales
30%
Evidencia de aprendizaje
40%
Autorreflexiones
10%
Instrumentos y técnicas de evaluación propuestas por el docente en línea
10%
CALIFICACIÓN FINAL
100%
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Fuentes de consulta
Ogata, K. (2004). Ingeniería de control moderna. (4a Ed). Madrid, España: Pearson- Hall. ISBN 84-205-3678-4 En este texto podrás encontrar desarrolladas las primeras Unidades de una manera muy explícita y con ejemplos básicos para su comprensión. Norman, S. N. (2004). Sistemas de control para ingeniería. (1ra Reimpresión). México: Compañía Editorial continental. ISBN 97-024-0254-9 En este texto encontrarás conceptos fundamentales de control de procesos para su mejor compresión. R.C Dorf, R.H. Bishop (2005). Sistemas modernos de control. (10 Ed). México: Prentice Hall. ISBN 97-884-2054-401-4 En este texto conocerás el lazo abierto y lazo cerrado así como ejemplos para distinguir la diferencia entre ellos. Lewis, P. H. & Yang, C. (1999). Sistemas de control en ingeniería. Madrid, España: Prentice-Hall. ISBN 84-8322-124-1. Este texto te permitirá desarrollar métodos para la solución de problemas. Hostetter, Savant, Stefani. (1992). Sistemas de control. México: Mc Graw-Hill. ISBN 9789684225923
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Bibliografía complementaria Distefano III, Schaums. (2007). Sistemas de control moderno (7 Ed). Mc Graw Hill. ISBN.1-13-304759-8. En este texto podrás encontrar mayor información sobre sistemas de control, controladores y la sintonización. Ollero de Castro, P. & Fernández, E. (1997). Control e instrumentación de procesos químicos. Madrid, España. Es un excelente texto escrito en español donde podrás encontrar términos básicos de ingeniería en control de procesos y cubre temas de esta asignatura. Smith, C.A. & Corripio, A.B. (1991). Control automático de procesos. México: Limusa.. Este texto general tiene desarrollados prácticamente todos los temas del curso, encontrarás ejemplos interesantes de diversos equipos.
Consultas electrónicas http://youtu.be/N9y6xqWiUdY En este video podrás observar el uso de un control automático y el uso de herramientas de cómputo. http://youtu.be/LwI4LJQ8EKI http://youtu.be/7gKAAHFN2OM En este video encontrarás la introducción de los tipos de sistemas lazo abierto y cerrado. http://youtu.be/Zq7coXt6uaY En este video podrás ver las características de los sistemas de control de lazo cerrado y abierto.
Documentos digitales http://www.scielo.org.co/pdf/rccqf/v35n1/v35n1a03.pdf En este artículo se plantean los diferentes niveles de automatización que pueden ser de interés para la industria farmacéutica nacional. http://www.ceautomatica.uji.es/old/actividades/jornadas/XXIV/documentos/conferencia1.p df Universidad Abierta y a Distancia de México
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http://www.tec.url.edu.gt/boletin/URL_10_MEC01.pdf Dentro del campo de la producción industrial, desde los inicios de la era industrial hasta la actualidad, la automatización ha pasado de ser una herramienta de trabajo deseable a una herramienta indispensable para competir en el mercado globalizado. http://www.edutecne.utn.edu.ar/microcontrol_congr/industria/mtodob~1.pdf En este artículo encontrarás un ejemplo claro de uso de los controladores PID en el ámbito industrial (control de potencia en motores de inducción, control de nivel, caudal y presión en procesos químicos entre otros).
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