Instrumentación y Control de Procesos Industriales.pdf

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA SECRETARÍA ACADÉMIC ACA DÉMICA A DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR PROGRAMA SINTÉTICO CARRERA: Ingeniería Mecánica ASIGNATURA: ASIGNA TURA: Instrumentación y Control de Procesos Industriales

SEMESTRE: Octavo/Noveno

OBJETIVO GENERAL: El alumno utilizará diferentes métodos e instrumentos para la medición de variables como: temperatura, presión, flujo, nivel, peso, entre otras. Para su aplicación al control de procesos industriales.

CONTENIDO SINTÉTICO: I II III IV V VI VII

Generalidades. Instrumentos para la Medición de Presión, Temperatura, y Flujo Instrumentación para la Medición de otras Variables. Instrumentos Finales de Control. Control de Procesos Industriales. Sistemas de Control Supervisorio. Calibración y Mantenimiento de Instrumentos.

METODOLOGÍA: El desarrollo de la clase será mediante exposiciones o intervenciones orales por parte del profesor y los alumnos, con técnicas grupales para la discusión y solución de problemas, mesa redonda, conferencias utilizando recursos audiovisuales y tecnología de punta empleada para la medición de presión, temperatura y flujo. Búsqueda bibliográfica por parte del alumno, trabajos extraclase. Realización de prácticas de laboratorio y visitas Industriales.

EVALUACIÓN EVAL UACIÓN Y ACREDITACIÓN: Se aplicarán tres exámenes departamentales. El alumno tendrá derecho a los tres exámenes mencionados siempre y cuando rebase un mínimo de 80 % de asistencia durante el curso; realización de prácticas y entrega de reportes de laboratorio, visitas industriales y otros. Participación en clase del alumno, participaciones, trabajos extraclase y las tareas. tareas.

BIBLIOGRAFÍA: Balcells, Joseph y Romeral, J. Luis, Autómatas Programables Alfaomega 1ª Edición México1998, 440 págs. Creus, Antonio. Instrumentación Industrial. Alfaomega 6ª Edición México1998, 750 págs. Gualda, J. A., Martínez S., Martínez P. M. Electrónica Industrial, Alfaomega 2ª Edición México1995, 477 págs. Powell, Franklin. Control de Sistemas Dinámicos con Retroalimentación, Addison-Wesley, 1ª Edición, USA 1991, 618 págs Roca Cusido, Alfred. Control de Procesos Alfaomega 1ª Edición México1999, 606 págs Rodríguez Ávila, Jesús. Introducción a la Ingeniería del Control Automático 1ª Edición México1998, 373 págs. Soisson. Instrumentación Industrial. México. Limusa, 1988, 550 págs

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR

ESCUELA: Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Azcapotzalco y Culhuacan CARRERA: Ingeniería Mecánica OPCIÓN: COORDINACIÓN: Academias de Térmicas. DEPARTAMENTO:

ASIGNA TURA: Instrumentación y Control de Procesos Industriales SEMESTRE: Octavo/Noveno CLAVE: CRÉDITOS: 7.5 VIGENTE: 2006 TIPO DE ASIGNATURA: Teórico-Práctica/Optativa MODALIDAD: Escolarizada

TIEMPOS ASIGNADOS

HORAS/SEMANA/TEORÍA: HORAS/SEMANA/PRÁCTICA:

3.0 1.5

HORAS /SEMESTRE/TEORÍA: HORAS /SEMESTRE/PRÁCTICA:

54.0 27.0

HORAS /TOTALES:

81.0

PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO AUTORIZA DO POR: Comisión de Planes y POR: Academia de Ingeniería Térmica de la ESIME Programas de Estudio de Consejo General Azcapotzalco Consultivo de IPN REVISADO POR: Subdirector académico de ESIME Azcapotzalco APROB ADO POR: Consejo Técnico Consultivo Escolar de ESIME Azcapotzalco Ing. Jorge Gómez Villarreal Ing. Ernesto Mercado Escutia


ASIGNATURA: Instrumentación y Control de Procesos Industriales

CLAVE

HOJA: 2 DE 11

FUNDAMENTACIÓN DE LA ASIGNATURA El constante y progresivo desarrollo de la ciencia y la tecnología, así como de sus aplicaciones en la obtención de satisfactores y servicios a ido a pasos gigantescos, por tanto la planta productora de éstos, debe ser capaz de cubrir las crecientes necesidades de la sociedad contemporánea, con la obligación de ajustarse a modernas normas de: calidad, volumen, seguridad y precio, que sean competitivos en el mercado nacional e internacional. Esto motivó formas de actuar en un marco lógico, en los procesos de observación, análisis, y decisión en diferentes aplicaciones como son: transformación, transporte, distribución y almacenaje de energía, todo esto mediante equipo, máquinas, aparatos, instrumentos y controles. Hoy día, el procedimiento utilizado para lograr tal fin, es por medio de sistemas automatizados (robotizados), con muchas innovaciones desarrolladas y utilizadas por países altamente industrializados. Por eso, es necesario impartir al alumno, conocimientos ordenados y sistematizados de instrumentación y control, bases de ingeniería que le permitirán estar a la vanguardia en el manejo a futuro, de sistemas automatizados. Motivo por el cual es estrictamente necesario tener el dominio de estos conocimientos en la carrera de Ingeniería Mecánica. La asignatura de instrumentación y control de procesos tiene como asignaturas antecedentes: Transferencia de calor y Máquinas térmicas, y como asignatura consecuente: Generadores de vapor.

OBJETIVO DE LA ASIGNATURA El alumno utilizará los diferentes instrumentos para la medición de variables como temperatura, presión, flujo, nivel, peso, entre otras. Para su aplicación al control de procesos industriales.


ASIGNATURA: Instrumentación y Control de Procesos Industriales No. UNIDAD I

CLAVE

HOJA: 3 DE 11

NOMBRE: Generalidades

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno explicará los conceptos fundamentales aplicados a la instrumentación, así como la clasificación y representación de instrumentos y los tipos de transmisores más comunes

No. TEMA

1.1 1.2 1.3 1.4 1.4.1 1.4.2 1.4.3

TEMAS

HORAS

Conceptos fundamentales en instrumentación Clasificación de instrumentos Normas para identificación y representación de instrumentos Instrumentos transmisores Transmisores mecánicos Transmisores electrónicos Transmisores digitales

Subtotal

CLAVE BIBLIOGRÁFICA

T 1.5 1.5 1.5

P 1.5

EC 1.5 1.5 1.5

1.5

3.0

1.5

6.0

4.5

6.0

2B,7B

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Discusiones grupales en mesa redonda. Exposiciones por parte de los alumnos con equipo audiovisual. Desarrollo de prácticas de laboratorio. Trabajos extra clase. Exposición oral por parte del profesor.

PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN El contenido de esta unidad será evaluado en el primer examen departamental Ejercicios resueltos en clase y problemas extraclase. Exposición de temas. Reportes de prácticas de laboratorio. No se asignará calificación aprobatoria sin que se haya realizado como mínimo el 80% de las prácticas programadas.

60% 5% 5% 30%

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR ASIGNATURA: Instrumentación y Control de Procesos Industriales No. UNIDAD

CLAVE

HOJA: 4 DE 11

NOMBRE: Instrumentos para la Medición de Presión, Temperatura y Flujo

II

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD

El alumno describirá los diferentes métodos usados para la medición de la presión, temperatura y flujo, al igual que los instrumentos primarios o sensores usados para tal fin.

No. TEMA

2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.3 2.3.1 2.3.2

TEMAS

HORAS

Medición de la presión Generalidades sobre la presión Instrumentos mecánicos y de líquido Instrumentos eléctricos y electrónicos Medición de la temperatura Termómetros Sondas voltaicas y resistivas Pirómetros y controles de temperatura Medición del flujo Instrumentos convencionales Instrumentos especiales

Sub-total


T

P

EC

4.5

1.5

3.0

3.0

1.5

3.0

3.0

1.5

10.5

4.5

2 B, 7B

6.0

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Descripción de los métodos e instrumentos de medición Discusiones grupales en mesa redonda. Exposiciones por parte de los alumnos con equipo audiovisual. Desarrollo de prácticas de laboratorio. Medición de diferentes variables como: presión, temperatura y flujo. Trabajos extra clase. Exposición oral por parte del profesor.

PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN El contenido de esta unidad será evaluado en el primer examen departamental Ejercicios resueltos en clase y problemas extraclase. Exposición de temas de consulta documental Reportes de prácticas de laboratorio. No se asignará calificación aprobatoria sin que se haya realizado como mínimo el 80% de las prácticas programadas.

60% 5% 5% 30%


ASIGNATURA: Instrumentación y Control de Procesos Industriales No. UNIDAD

CLAVE

HOJA: 5 DE 11

NOMBRE: Instrumentos para la Medición de otras Variables

III

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno aplicará diferentes métodos para la medición de variables como nivel, fuerza, p.H. / ORP, conductividad / resistividad, humedad, utilizando los instrumentos primarios o sensores para tal fin.

No. TEMA

TEMAS

HORAS


T

P

EC

3.1

Medición de nivel

1.5

4.5

1.5

3.2

Medición de fuerza y peso

1.5

1.5

3.3

Medición de p.H / ORP

1.5

1.5

3.4

Medición de conductividad / resistividad

1.5

1.5

3.5

Medición de humedad

1.5

1.5

Sub total

7.5

4.5

2B,7B

7.5

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Discusiones grupales en mesa redonda. Exposiciones por parte de los alumnos con equipo audiovisual. Medición de diferentes variables como: fuerza, pH, conductividad, entre otros. Desarrollo de prácticas de laboratorio. Trabajos extra clase. Exposición oral por parte del profesor.

PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN El contenido de esta unidad hasta el tema 3.1, será evaluado en el primer examen departamental 60% Ejercicios resueltos en clase y problemas extraclase. 5% Búsqueda documental. 5% Reportes de prácticas de laboratorio. 30% No se asignará calificación aprobatoria sin que se haya realizado como mínimo el 80% de las prácticas programadas.


ASIGNATURA : Instrumentación y Control de Procesos Industriales No. UNIDAD IV

CLAVE

HOJA: 6 DE 11

NOMBRE: Instrumentos Finales de Control

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno explicará los principales instrumentos finales de control, como las válvulas de apertura y cierre y las válvulas proporcionales de presión y flujo, describiendo funcionamiento y sus principales aplicaciones en el control de procesos industriales

No. TEMA

4.1 4.2 4.3 4.3.1 4.3.2 4.4

TEMAS

HORAS

T 3.0

Válvulas automáticas de apertura y cierre Válvulas de control de presión Válvulas de control de flujo Actuadas neumáticamente Actuadas eléctricamente Otros actuadores para válvulas de control

P 4.5


EC 1.5

2B,7B

1.5 1.5

Sub-total

4.5

4.5

3.0

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Descripción de instrumentos de control. Discusiones grupales en mesa redonda. Exposiciones por parte de los alumnos con equipo audiovisual. Desarrollo de prácticas de laboratorio. Trabajos extra clase. Exposición oral por parte del profesor.

PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN El contenido de la unidad 3.2 hasta la 5.2, será evaluado en el segundo examen departamental 60% Ejercicios resueltos en clase y problemas extraclase. 5% Exposición de temas. 5% Reportes de prácticas de laboratorio. 30% No se asignará calificación aprobatoria sin que se haya realizado como mínimo el 80% de las prácticas programadas.


ASIGNATURA: Instrumentación y Control de Procesos Industriales No. UNIDAD V

CLAVE

HOJA: 7 DE 11

NOMBRE: Control de Procesos Industriales OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD

El alumno explicará los conceptos fundamentales del control, distinguiendo entre un control todo o nada y un lazo de control PI y PID, aplicará controladores lógicos programables al control de un proceso industrial, en laboratorio.

No. TEMA

5.1 5.2 5.3 5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.3.4 5.4

TEMAS

HORAS

T 1.5 1.5 6.0

Conceptos básicos de control Tipos de control Controladores lógicos programables Arquitectura Configuraciones Programación Aplicación Aplicaciones del control por PLC a procesos industriales

P 3.0

3.0

Sub-total

12.0

3.0


EC 1.5 1.5 3.0

3B 3B 1B,3B

1.5

1B,3B,4C,6C

7.5

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Comparación de diferentes tipos de control de procesos. Discusiones grupales en mesa redonda. Exposiciones por parte de los alumnos con equipo audiovisual. Desarrollo de prácticas de laboratorio. Trabajos extra clase. Exposición oral por parte del profesor.

PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN El contenido de esta unidad será evaluado en el segundo examen departamental, hasta el tema 5.2 60% Ejercicios resueltos en clase y problemas extraclase. 5% Exposición de temas. 5% Reportes de prácticas de laboratorio. 30% No se asignará calificación aprobatoria sin que se haya realizado como mínimo el 80% de las prácticas programadas.

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR ASIGNATURA: Instrumentación y Control de Procesos Industriales No. UNIDAD

CLAVE

HOJA: 8 DE 11

NOMBRE: Sistemas de Control Supervisorio

VI

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno aplicará sistemas de control supervisorio a controles distribuidos por medio de interfases hombremáquina (HMI) o software de supervisión de procesos

No. TEMA

6.1 6.2 6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.3 6.3.1 6.3.2 6.3.3 6.4

TEMAS

HORAS

T Introducción al control supervisorio Sistemas HMI Concepto Programación Aplicación Software para supervisión de procesos Concepto Programación Aplicaciones Aplicaciones de sistemas de control supervisorio a control de procesos industriales

Sub-total

P

1.5 3.0

1.5

EC 1.5 1.5

3.0

3.0

9.0


1B,3B,4C,5C,6C

1.5

1.5

3.0

6.0

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Descripción de control supervisorio Discusiones grupales en mesa redonda. Exposiciones por parte de los alumnos con equipo audiovisual. Desarrollo de prácticas de laboratorio. Trabajos extra clase. Exposición oral por parte del profesor.

PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN El contenido de la unidad 5.2 hasta la unidad 7.0 será evaluado en el tercer examen departamental Ejercicios resueltos en clase y problemas extraclase. Exposición de temas. Reportes de prácticas de laboratorio. No se asignará calificación aprobatoria sin que se haya realizado como mínimo el 80% de las prácticas programadas.

60% 5% 5% 30%


ASIGNATURA: Instrumentación y Control de Procesos Industriales No. UNIDAD

CLAVE

HOJA: 9 DE 11

NOMBRE: Calibración y Mantenimiento de Instrumentos

VII

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno explicará los principales procedimientos usados para la calibración de instrumentos, así como las técnicas usadas para su mantenimiento y conservación

No. TEMA

7.1 7.2 7.2.1 7.2.2 7.2.3 7.2.4 7.3

TEMAS

HORAS

Generalidades de la calibración de instrumentos Procedimientos de calibración Presión Temperatura Fuerza Volumen Conservación y mantenimiento de los sistemas de instrumentación y control

Sub-total

T

P

1.5

3.0

1.5


EC 1.5

2 B,7B

1.5

1.5

4.5

3.0

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Discusiones grupales en mesa redonda. Exposiciones por parte de los alumnos con equipo audiovisual. Desarrollo de prácticas de laboratorio. Calibración de instrumentos de medición. Trabajos extra clase. Exposición oral por parte del profesor.

PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN El contenido de esta unidad será evaluado en el tercer examen departamental Ejercicios resueltos en clase y problemas extraclase. Exposición de temas. Reportes de prácticas de laboratorio. No se asignará calificación aprobatoria sin que se haya realizado como mínimo el 80% de las prácticas programadas.

60% 5% 5% 30%

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR ASIGNATURA: Instrumentación y Control de Procesos Industriales

CLAVE

HOJA: 10 DE 11

RELACIÓN DE PRÁCTICAS PRACT. No.

UNIDAD

DURACIÓN

Conceptos básicos de instrumentación

I

1.5

2

Transmisores

I

3.0

3

Medición de la Presión

II

1.5

4

Medición de la temperatura

II

1.5

5

Medición de flujo

II

1.5

6

Medición de otras variables

III

4.5

7

Instrumentos finales de control

IV

4.5

8

Control de procesos industriales

V

3.0

9

Control Supervisorio

VI

3.0

10

Calibración de Instrumentos

VII

3.0

1

NOMBRE DE LA PRÁCTICA

Total

27.0

LUGAR DE REALIZACIÓN

Todas las prácticas serán realizadas en el laboratorio de robótica


ASIGNATURA: Instrumentación y Control de Procesos Industriales PERÍODO UNIDAD

CLAVE

HOJA: 11 DE 11

PROCEDIMIENTO DE EVAL UACIÓN

1

I, II,III

A partir de la unidad I hasta el tema 3.1 de la unidad III 60% calificación del examen, 30% calificación del laboratorio y 10% participación por parte del alumno

2

III, IV,V

A partir del tema 3.2 de la unidad III y hasta el tema 5.2 de la unidad V 60% calificación del examen, 30% calificación del laboratorio y 10% participación por parte del alumno

3

VI, VII

A partir del tema 5.2 de la unidad V y hasta la unidad VII 60% calificación del examen, 30% calificación del laboratorio y 10% participación por parte del alumno La calificación final será el promedio de las tres evaluaciones Para acreditar la asignatura en su parte teórica, será necesario aprobar también el laboratorio

CLAVE

B

C

BIBLIOGRAFÍA

1

X

Balcells, Josep Romeral, J. Luis, Autómatas Programables, Alfaomega, 1ª Edición, México 1998, 440 pág.

2

X

Creus, Antonio. Instrumentación Industrial, Alfaomega, 6ª Edición, México, 1998, 750 pág.

3

X

Roca Cusido, Alfred. Control de Procesos, Alfaomega, 1ª Edición. México 1999, 606 pág.

4

X

Rodríguez Ávila, Jesús. Introducción a la ingeniería del Control Automático, 1ª Edición, México 1998, 373 pág.

5

X

Powell, Franklin, Control de Sistemas Dinámicos con Retroalimentación, Addison-Wesley, 1ª Edición, USA 1991, 618 pág.

6

X

Gualda, J. A., Martínez S. Martínez P. M. Electrónica Industrial, Alfaomega, 2ª Edición, México 1995, 477 pág.

7

X

Soisson, Harold E. Instrumentación Industrial. México. Limusa, 1988, 550 pág.

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA 1. DATOS GENERALES ESCUELA: Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad ESIME Azcapotzalco y Culhuacán CARRERA: ÁREA :

Ingeniería Mecánica

SEMESTRE Octavo/Noveno

BÁ SICAS C. INGENIERÍA

ACA DEMIA: Ingeniería Térmicas

D. INGENIERÍA

C. SOC. y HUM.

Instrumentación y Control de Procesos Industriales

ASIGNATURA:

ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO: Ingeniero Mecánico

2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA: El alumno utilizará diferentes métodos e instrumentos para la medición de variables como temperatura, presión, flujo, nivel, peso, entre otras. Para su aplicación al control de procesos industriales. 3. PERFIL DOCENTE: CONOCIMIENTOS

EXPERIENCIA PROFESIONAL

HABILIDADES

ACTITUDES

Dominio de la asignatura Afines de la Carrera o propios de la Asignatura en el área de Instrumentación y Control de Procesos Industriales

Experiencia industrial Experiencia docente Formación pedagógica

ELABORÓ ______________________

Ing. Alejandro Zacarias Santiago Ing.Roberto Flores Renteria Presidentes de Academia

Tener vocación por la docencia Manejo de grupos Honestidad Ética profesional Comunicación (transmisión del Ejercicio de la crítica conocimiento) fundamentada Respeto (buena relación Capacidad de análisis y alumno – profesor) síntesis Tolerancia Responsabilidad científica Espíritu de colaboración Manejo de material didáctico Superación docente y profesional Creatividad Compromiso social Motivador

REVISÓ ____________________

M. en C. Ricardo Cortez Olivera Ing. Rubén Juárez Barrientos Subdirectores Académicos

AUTORIZÓ _____________________

Ing. Jorge Gómez Villarreal Ing. Ernesto Mercado Escutia Directores de los planteles FECHA: _ 2006.

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