Instrumentos Analíticos de Medición

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
PROGRAMA SINTÉTICO
CARRERA: Ingeniería en Control y Automatización.
ASIGNATURA: Instrumentos Analíticos de Medición.
SEMESTRE:
Séptimo
OBJETIVO GENERAL:
El alumno especificará el instrumento analítico de medición idóneo para cada aplicación, en estudio de casos,
previo análisis del funcionamiento, características y criterios de selección.
CONTENIDO SINTÉTICO:
I
II
III
IV
V
VI
Variables Físicas.
Variables Analíticas.
Instrumentos Basados en la Medición de Energía Radiante.
Sensores para Medir Propiedades Electroquímicas.
Instrumentos Basados en la Medición de Propiedades Indirectas.
Aplicaciones Industriales.
METODOLOGÍA:
Búsqueda y exposición de conceptos en grupos pequeños de trabajo, Análisis de conceptos expuestos por el
profesor en grupos de trabajo, resolución de ejercicios en clase, uso de normas, material bibliográfico, catálogos,
manuales y material audiovisual, en la elaboración de un trabajo de aplicación final en grupos pequeños de
trabajo, asistencia a visitas industriales, realización de prácticas de laboratorio y entrega de reportes técnicos de
las prácticas de laboratorio y visitas industriales, con el apoyo y supervisón del profesor.
EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN:
La parte teórica se evaluará con tres exámenes parciales escritos cuyo valor será del 60%, las tareas y el avance
en la búsqueda de información del trabajo de aplicación tendrán un valor del 10 %, y el 30% restante será el
promedio de los reportes de prácticas de laboratorio y reportes de visitas industriales. La suma de las
calificaciones de la teoría y el laboratorio se realizará siempre que sea aprobatoria la calificación del laboratorio.
BIBLIOGRAFÍA:
Clevett, Kenneth J., Process Analyzer Technology, Ed. John Wiley & Sons, USA, 1986, 952 pp
Lipták, Bela G., Instruments Engineers´ Handbook- Process Measurement and Analysis, Vol 1, Editorial ISA,
USA, 2003,1824 pp.
Sherman, R. E., Analytical Instrumentation, Editorial ISA, USA, 1996, 728 pp.
Sherman, R. E., Process Analyzer Sample-Conditioning System Technology, Editorial ISA, USA, 2001, 648 pp.
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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 ICA
ASIGNATURA: Instrumentos Analíticos de Medición.
SEMESTRE: Séptimo.
CLAVE:
CRÉDITOS: 7.5
VIGENTE: Agosto 2005
TIPO DE ASIGNATURA: Teórico-Práctico
MODALIDAD: Escolarizada
TIEMPOS ASIGNADOS
HRS/SEMANA/TEORÍA:3.0
HRS/SEMANA/PRÁCTICA:1.5
HRS/SEMESTRE/TEORÍA: 54
HRS/SEMESTRE/PRÁCTICA: 27
HRS/TOTALES: 81
PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO
POR: Academia de Procesos Industriales.
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: Instrumentos Analíticos de Medición.
CLAVE:
HOJA: 2
DE 10
FUNDAMENTACIÓN DE LA ASIGNATURA
En los procesos industriales es de gran importancia el control de las variables analíticas y físicas, que
intervienen en estos, como son: composición, densidad, humedad, pH, turbidez, etc. Por lo que es
indispensable que el Ingeniero en Control y Automatización sea capaz de identificar, cuantificar y transmitir
dichas variables a los centros de mando para su control, por medio de señales hidráulicas, neumáticas,
eléctricas, electrónicas, ópticas, térmicas, etc.
Siendo las asignaturas antecedentes, que el alumno habrá cursado, Electrónica I, Física Moderna, Electricidad
y Magnetismo, Química Aplicada, Sistemas Digitales, Elementos Primarios de Medición, Preparación y
Transporte de Materiales, Operaciones de Separación y Elementos de Transmisión y Control.
Las asignaturas consecuentes son: Control de Procesos I, Control de Procesos II, Sistemas de Procesos
Industriales I y Sistemas de Procesos Industriales II.
OBJETIVO DE LA ASIGNATURA
El alumno especificará el instrumento analítico de medición idóneo para cada aplicación, en estudio de casos,
previo análisis del funcionamiento, características y criterios de selección.
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ASIGNATURA: Instrumentos Analíticos de Medición.
No. UNIDAD: I
CLAVE:
HOJA: 3
DE 10
NOMBRE: Variables Físicas.
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno aplicará los principios en que se basan los elementos de medición como son: función, tipo, error,
transmisión, interpretación, y determinación de criterios de selección, en cada una de las tecnologías actuales
de medición de variables físicas.
No.
TEMA
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
1.10
TEMAS
Introducción y conceptos básicos de:
Sensores de peso.
Medidores de velocidad angular.
Medidores de variables eléctricas.
Principios básicos de operación.
Características básicas de diseño.
Criterios de selección.
Instalación.
Conservación y mantenimiento.
Calibración.
Costos.
Ejemplos de selección y aplicación.
Normatividad industrial.
T
HORAS
P
EC
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
3.0
6.0
4.0
1B, 2C, 4C, 5C 6C 7B,
9C, 10C
3.0
3.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Búsqueda de conceptos por parte de los alumnos.
Exposición de los conceptos, por parte de los alumnos con la orientación del profesor.
Análisis de los principios de operación de los diversos elementos, expuestos por el profesor, en grupos
pequeños de trabajo.
Resolución de ejercicios de aplicación.
Uso de normas, catálogos y manuales.
Integración de equipos de trabajo.
Asignación de temas para el trabajo de aplicación.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
El primer examen abarcará las unidades I, II y tendrá un valor del 60%, 10% tareas y avance del trabajo de
aplicación y 30% prácticas de laboratorio y visitas industriales.
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DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
ASIGNATURA: Instrumentos Analíticos de Medición.
No. UNIDAD: II
CLAVE:
HOJA: 4
DE 10
NOMBRE: Variables Analíticas
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno determinará el valor de las principales variables analíticas a medir en diversos ejemplos de procesos
industriales.
No.
TEMA
TEMAS
T
2.1
Introducción a las variables analíticas.
2.2
Conductividad y pH.
1.5
2.3
Turbidez y gravedad específica.
1.5
2.4
Composición.
1.5
2.5
Humedad.
1.5
2.6
Concentración de Oxígeno.
3.0
2.7
Viscosidad y densidad.
1.5
2.8
Variables analíticas en contaminación ambiental.
3.0
HORAS
P
EC
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
7.5
3.0
7B, 8B, 12B
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Análisis de conceptos, expuestos por el profesor, en grupos de trabajo.
Comparación de las variables analíticas.
Resolución de ejercicios para la determinación de las variables analíticas, bajo la supervisión del profesor.
Realización de prácticas y visitas industriales.
Presentación de avance del trabajo final de aplicación.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
El primer examen abarcará las unidades I, II y tendrá un valor del 60%, 10% tareas y avance del trabajo de
aplicación y 30% prácticas de laboratorio y visitas industriales.
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ASIGNATURA: Instrumentos Analíticos de Medición.
No. UNIDAD: III
CLAVE:
HOJA: 5
DE 10
NOMBRE: Instrumentos Basados en la Medición de Energía Radiante.
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno especificará el sensor basado en la medición de energía radiante adecuado, en estudio de casos,
mediante el análisis de los principios de funcionamiento de los diferentes instrumentos, las tecnologías usadas
para la medición y control y las características para su correcta selección, calibración, instalación,
mantenimiento y arranque.
No.
TEMA
TEMAS
3.1
Definiciones y conceptos básicos de:
Analizadores de luz infrarroja (NIR, IR)
Analizadores de luz ultravioleta
Analizadores de rayos X
Analizadores de luz visible (absorción /
difracción)
Refractómetros
Conductividad térmica
Espectrómetro de masas, absorción atómica.
Principios básicos de operación.
Características básicas de diseño.
Criterios de selección.
Instalación.
Conservación y mantenimiento.
Calibración.
Normatividad industrial.
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
HORAS
T
3.0
P
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
EC
3.0
1B, 3C, 7B, 11B, 12B
4.5
3.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Elaboración de mapas conceptuales, de lo expuesto por el profesor.
Visitas industriales.
Aplicación de normas a ejercicios de diferentes tipos de procesos.
Resolución de ejercicios de llenado de hojas de especificación y típicos de instalación de los diversos
analizadores, apoyado en manuales de fabricantes de instrumentos industriales utilizando técnicas grupales,
apoyado por el profesor.
Revisión de avance del trabajo final de aplicación.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
El segundo examen abarcará las unidades III, IV y tendrá un valor del 60%, 10% tareas y avance del trabajo de
aplicación y 30% prácticas de laboratorio de la unidad IV y visita industrial.
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ASIGNATURA: Instrumentos Analíticos de Medición.
No. UNIDAD: IV
CLAVE:
HOJA: 6
DE 10
NOMBRE: Sensores para Medir Propiedades Electroquímicas
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno especificará el sensor para la medición de propiedades electroquímicas adecuado, en estudio de
casos, a través del análisis de los principios de funcionamiento de los diferentes instrumentos, las tecnologías
usadas para la medición y control y las características para su correcta selección, calibración, instalación,
mantenimiento y arranque.
No.
TEMA
4.1
T
HORAS
P
EC
3.0
6.0
3.0
TEMAS
Definiciones y conceptos básicos:
Medidores de pH
Medidores de conductividad.
Medidores de ionización
Medidores de paramagnetismo.
Celdas polarográficas.
Celdas galvánicas de combustible.
Sensores de cloro con electrodos de platino.
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
Principios básicos de operación.
Características básicas de diseño.
Criterios de selección.
Instalación
Conservación y mantenimiento.
Calibración.
Normatividad industrial
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
1B, 3C, 7B, 8B, 9C, 11B,
12B
3.0
3.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Análisis de los conceptos expuestos por el profesor y los alumnos, en grupos pequeños.
Conocimiento físico del equipo e instalación y cableado eléctrico en el laboratorio.
Resolución de ejercicios de aplicación de sensores de flujo, llenado de hojas de especificación
Uso de manuales de instrumentos industriales, material audiovisual, catálogos.
Uso de normas ISA S-20 aplicadas a diferentes tipos de procesos, todo esto bajo la orientación del profesor.
Realización de prácticas y visitas Industriales.
Presentación de avance del trabajo final de aplicación.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
El segundo examen abarcará las unidades III, IV, tendrá un valor del 60%, 10% tareas y avance del trabajo de
aplicación y 30% prácticas de laboratorio de la unidad IV y visita industrial.
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DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
ASIGNATURA: Instrumentos Analíticos de Medición.
CLAVE:
HOJA: 7
DE 10
NOMBRE: Instrumentos Basados en la Medición de Propiedades Indirectas.
No. UNIDAD: V
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno especificará el instrumento adecuado basado en la medición de propiedades indirectas, en estudio
de casos, previo análisis de los principios de funcionamiento de los diferentes sensores, las tecnologías usadas
para la medición y control y las características para su correcta selección, calibración, instalación,
mantenimiento y arranque.
No.
TEMA
5.1
TEMAS
Principios básicos y definiciones:
T
HORAS
P
EC
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
3.0
7.5
3.0
Analizadores de H2S por absorción de rayos x.
Cromatografía.
Instrumentos para la medición de contaminantes
Ambientales.
Medición de humedad por el método de
moderación de electrones.
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8
Principios básicos de operación.
Características básicas de diseño.
Criterios de selección.
Instalación.
Conservación y mantenimiento.
Calibración.
Normatividad industrial.
1B, 3C, 7B, 8B, 9C, 11B,
12B
3.0
3.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Realización de prácticas y visitas industriales.
Exposición de conceptos por parte de los alumnos, con la orientación del profesor.
Uso y manejo de manuales para determinar características del analizador estudiado.
Aplicación de normas ISA S-20 a ejercicios de diferentes tipos de procesos.
Resolución de ejercicios de aplicación en estudio de casos.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
El tercer examen parcial abarcará las unidades V y VI con un porcentaje del 60%, 10% para tareas y avance
del trabajo de aplicación final y 30% prácticas de laboratorio y reporte de visita industrial.
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DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
ASIGNATURA: Instrumentos Analíticos de Medición.
CLAVE:
HOJA: 8
DE 10
NOMBRE: Aplicaciones Industriales.
No. UNIDAD: VI
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno especificará los instrumentos analíticos, en estudio de casos, para diversos procesos industriales,
mediante la aplicación de las tecnologías usadas para la medición y control y las características de selección,
calibración, instalación y arranque.
No.
TEMA
TEMAS
T
6.1
Industria petroquímica.
6.2
Industria farmacéutica.
6.3
Industria cementera.
6.4
Industria alimenticia.
6.5
Industria siderúrgica.
6.6
Industria cervecera.
1.5
HORAS
P
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
EC
3.0
1B, 3C, 7B, 8B, 9C, 11B,
12B
1.5
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Exposición de los ejemplos de aplicación por parte de los alumnos , en equipos de trabajo, con la orientación
del profesor
Análisis de diagramas de los ejemplos de aplicación.
Uso y manejo de manuales para determinar características del elemento estudiado.
Aplicación de normas ISA S-20 a ejercicios de diferentes tipos de procesos.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
El tercer examen parcial abarcará las unidades V y VI con un porcentaje del 60%, 10% para tareas y avance
del trabajo de aplicación final y 30% prácticas de laboratorio y reporte de visita industrial.
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DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
ASIGNATURA: Instrumentos Analíticos de Medición.
CLAVE:
HOJA: 9
DE 10
RELACIÓN DE PRÁCTICAS
PRACT.
No.
NOMBRE DE LA PRÁCTICA
UNIDAD
DURACIÓN
LUGAR DE REALIZACIÓN
1
Medición continua de peso.
En un proceso usando celdas
de carga y un receptor basado
en el puente de wheatstone y
amplificador.
I
6.0
Todas las prácticas se
realizarán en el
Laboratorio de
Instrumentación
2
Medición de pH con método
potenciométrico.
Calibración y ajuste para
mediciones múltiples con
compensación de temperatura
y soluciones buffer.
II
7.5
3
Medición de conductividad.
En soluciones de fluidos de
procesos que incluyen: agua
destilada, agua
desmineralizada, alcohol y
fluidos orgánicos.
IV
6.0
4
Análisis de composición de
fluidos orgánicos e
inorgánicos usando el
cromatógrafo de proceso
continuo.
Se efectuará la calibración,
ajuste de gas de arrastre,
obtención de la señal digital
de salida en RS-485 y
protocolo Modbus.
V
7.5
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SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
ASIGNATURA: Instrumentos Analíticos de Medición.
CLAVE:
HOJA: 10 DE 10
PERÍODO
UNIDAD
1
I, II
60% Examen escrito + 10% tareas y avance trabajo de aplicación + 30%
reportes de laboratorio y visitas industriales.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
2
III, IV
60% Examen escrito + 10% tareas y avance trabajo de aplicación + 30%
reportes de laboratorio y visitas industriales.
3
V, VI
60% Examen escrito + 10% tareas y entrega trabajo de aplicación + 30%
reportes de laboratorio y visitas industriales.
Para acreditar la asignatura es necesario obtener calificación aprobatoria en el
laboratorio.
El reporte de las visitas será considerado como reporte de práctica.
CLAVE
B
1
X
C
2
X
3
X
4
X
5
X
6
X
7
X
8
X
9
X
10
X
11
X
12
X
BIBLIOGRAFÍA
Clevett, Kenneth J., Process Analyzer Technology, Ed. John Wiley & Sons,
USA, 1986, 952 pp.
Creus Sole Antonio, Instrumentación Industrial, Editorial Alfaomega
a
Marcombo, 4 Edición, España, 1989, 750 pp.
Eurotherm/Action Instruments, Product Handbook, volume 16, Invensys
Company, USA, 2002, 176 pp.
Eurotherm / Action Instruments, Control Process Automation Recorders,
Eurotherm / Action Instruments, England, 2001, 158 pp.
Goettsche l. D., Maintenance of Instruments & Systems, Editorial ISA, 2a
Edición, USA, 2005, 452 pp.
I.S.A. Instrument Technician Training Program (ITTP), Editorial I.S.A., USA,
1991, videocassete.
Lipták, Krista, Instruments Engineers´ Handbook- Process Measurement and
Analysis, Vol 1, Editorial ISA, USA, 2003, 1824 pp.
McMillan and Cameron, Advanced pH Measurement and Control, Editorial
ISA, Tercera Edición, USA, 2005, 294 pp.
Moore Automation Solutions, Measurement & Control Catalog, Moore
Automation Solutions, USA, 1999, 569 pp.
Red Lion, Industrial Control Solutions, Red Lion Controls B V, USA, 2002,
684 pp.
Sherman R. E., Analytical Instrumentation, Editorial ISA, USA, 1996, 728 pp.
Sherman R. E., Process Analyzer Sample-Conditioning System Technology,
Editorial ISA, 2001, 648 pp.
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SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA
1. DATOS GENERALES
ESCUELA:
CARRERA:
ÁREA:
Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Zacatenco
BÁSICAS C. INGENIERÍA
ACADEMIA:
SEMESTRE Séptimo
Ingeniería en Control y Automatización
Procesos Industriales
D. INGENIERÍA
C. SOC. y HUM.
ASIGNATURA: Instrumentos Analíticos de Medición
ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO:
Licenciatura y/o postgrado en área afín
a la carrera.
2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA:
El alumno especificará el instrumento analítico de medición idóneo para cada aplicación, en estudio de casos, previo
análisis del funcionamiento, características y criterios de selección.
3. PERFIL DOCENTE:
CONOCIMIENTOS
EXPERIENCIA
PROFESIONAL
Fundamentos de química,
En el ramo de la Industria
física, termodinámica,
Química, Petroquímica,
Farmacéutica, Alimenticia,
metalurgia, electrónica,
procesos industriales, equipo Papelera, Textil, etc.
industrial, necesidades de la
industria, problemas
ecológicos.
ELABORÓ
Ing. Guadalupe de la Rosa Sánchez.
PRESIDENTE DE ACADEMIA
HABILIDADES
ACTITUDES
Para:
Análisis, síntesis,
transmisión de
conocimientos,
comunicación científica,
técnica y personal.
Crear un ambiente
agradable de trabajo.
Despertar en el alumno el
interés por la asignatura y
la investigación.
Establecer la importancia
de la asignatura como
base de las subsecuentes.
Compromiso social.
Justo y ecuánime
Actuar con la verdad.
Reconocer sus errores.
Responsable y honesto.
Superación constante.
Liderazgo.
Colaboración en la solución
de Problemas.
REVISÓ
Ing. Guillermo Santillán Guevara
SUBDIRECTOR ACADÉMICO
AUTORIZÓ
M. en C. Jesús Reyes García
DIRECTOR DEL PLANTEL
FECHA: Enero 2006