instrumentacin y control de procesos 1629

INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL DE PROCESOS 1629
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA METALÚRGICA
UBICACIÓN SEMESTRE
6o.
TIPO DE ASIGNATURA TEÓRICA
NÚMERO DE HORAS/SEMANA
Teoría 3
CRÉDITOS 6
INTRODUCCIÓN.
Esta asignatura tiene como enfoque principal, al iniciar a los alumnos en los
fundamentos básicos de la ciencia denominada "Instrumentación Industrial"; y como
consecuencia deberá adquirir los conocimientos que le permitan el objeto de poder
aplicarlos en los diferentes procesos metalúrgicos, tanto a nivel laboratorio como industrial.
Objetivos Generales de Aprendizaje.
Al finalizar el curso, los alumnos:
Comprenderán la importancia de los mecanismos de instrumentación y control en el
manejo eficiente de un proceso industrial.
Conocerán los instrumentos típicos de medición de variables en procesos
metalúrgicos, así como su principio de operación.
Conocerán los fundamentos básicos de los componentes electrónicos que
constituyen un sistema de control automático.
Analizarán los diferentes aspectos que intervienen durante la utilización de sistemas
computarizados para control de procesos metalúrgicos.
UNIDAD 1.-
INTRODUCCIÓN A LA INSTRUMENTACIÓN
9 h.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Describirán la importancia de la instrumentación industrial en la industria de
procesos metalúrgicos.
Definirán la forma en que el Ingeniero Químico Metalúrgico contribuye a la
selección y operación de los sistemas de medición y de control.
Definirán los objetivos de la instrumentación, sus funciones, su simbología y
terminología.
Definirán las diferentes variables de control utilizadas en la industria metalúrgica y
su manipulación.
Definirán los sistemas de alimentación de aire, electricidad e hidráulicos que
requieren los instrumentos para su operación.
CONTENIDO.
Introducción a la instrumentación Industrial, historia, definición de la instrumentación
Industrial como ciencia. Objetivos y funciones básicas de la instrumentación industrial,
variables. Terminología, símbolos y notación empleados en instrumentación industrial,
normas ISA-SS, ISA-SSI.1, IAS-5-51.1 Alarma, tablero de control, cuarto de control,
elemento primario de medición, transmitor, controlador manual y automático, elemento
final de control, válvula de control, valor deseado, convertidor, medición, luz piloto,
relevador, interruptor, circuito, función, proceso, transductor, receptor, registrador,
indicador. Suministro de aire, electricidad y aceite como fuente motriz de instrumentos
neumáticos, eléctricos y electrónicos e hidráulicos. Sus características, sistemas de
suministro confiable y su distribución. Clasificación de áreas. Normas ISA-S7.3, ISA-S74,
API-Rp-500-C, ISA-RPI2.1, ISA-S12.4, ISA-Rp-12.6, ISA-S12.10, ISA-S12.22.
Interpretación y objetivo dentro de un proyecto de los diagramas de un proceso. Diagramas
mecánicos. Diagramas de lazos (de alambrados o conexión de instrumentos, hojas de
sumarios de instrumentos y Hojas de especificaciones, norma ISA-S20.
UNIDAD 2.-
D I N Á M I C A D E S I S T E M A S.
15 h.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Definirán las características básicas que exhiben los procesos y que afectan la
selección y funcionamiento de los instrumentos. Dinámica de sistemas.
Definirán las características básicas de los dispositivos de medición.
Definirán la magnitud de los costos entre instrumentos neumáticos contra
instrumentos eléctricos y electrónicos, cuando determine los objetivos y las funciones de
los instrumentos requeridos para: una instalación o para un proyecto.
Dinámica de sistemas: Características básicas de un proceso. Variables de proceso.
Control directo. Control indirecto. Gastos de libertad de un proceso. Características de
sistemas físicos; cambios de carga. Causas, Retrasos, capacidad y capacitancia en un
proceso, resistencia, potencial, tiempos muertos por transporte y potencial. Dimensiones
de las características de proceso: Cantidad, potencial, tiempo, flujo capacitancia y
resistencia. Respuesta de un sistema de primer orden, constante de tiempo en un proceso
con una sola constante de tiempo y con dos constantes. Características básicas de un
instrumento y de los sistemas de medición. Velocidad de respuesta o retraso de un
instrumento. Respuesta dinámica de primer orden y de segundo orden de los instrumentos.
Exactitud: error estático, error dinámico, reproductibilidad y zona muerta de un
instrumento. Precisión, repetibilidad, resolución, error al azar y error sistemático.
Linearidad, no-linearidad, errático, sensibilidad. Instrumentación neumática contra
instrumentación eléctrica y electrónica. Costos de capital y mantenimiento, compatibilidad
de señales, localizaciones peligrosas y seguras. Distancia entre controlador y elemento final
de control.
UNIDAD 3.-
CONTROL
A U T O M Á T I C O.
18 h.
Objetivos.
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Definirán el propósito de un sistema de control automático dentro de los procesos
industriales.
Definirán los elementos y funciones de un circuito de control, así como los factores
que afectan la controlabilidad.
Definirán los modos básicos de control y sus aplicaciones, tanto para sistemas de
control neumáticos, como para sistemas de control eléctrico y electrónico e hidráulico.
Definirán las ventajas y desventajas de emplear sistemas de: a) control neumático,
b) eléctrico y electrónico.
Definirán las aplicaciones del control hidráulico.
Definirán las aplicaciones de los circuitos de control denominados: a) relación,
b) anticipatorio, c) de rango dividido, d) ciclo de tiempo, e) punto final, f) programado.
Definirán, interpretarán, y desarrollarán esquemas de circuitos de control modulante
y binarios.
Definirán la sensibilidad de un sistema básico de control.
Definirán las características de un elemento final de control.
CONTENIDO.
Propósitos de los sistemas de control automático en la industria de proceso. Terminología
Interferencia, desviación, error, respuesta, rango, span. histéresis, circuito cerrado, y
circuito abierto, retroalimentación, tebora-palometa, balance de fuerzas, amplificador.
Procedimientos para determinar la calidad de un control dentro de un proceso industrial.
Elementos y funciones de un circuito de control. Controladores con acción directa y con
acción inversa. Reacción y respuesta de un proceso. Disturbios del proceso que afectan a
un control automático. Modos de control: a) de dos posiciones, b) flotante, c) proporcional,
d)
proporciona+acción
integral,
e)
proporcional+acción
derivativa,
f)
proporcional+acción+acción derivativa. Propósito de un sistema de control: a) neumático,
b) eléctrico o electrónico, c) hidráulico. Ventajas y limitaciones de un sistema de control: a)
neumático, b) eléctrico y electrónico, c) hidráulico. Sistemas de control de: a) relación, b)
anticipatorio, c) rango dividido, d) ciclo de tiempo, e) punto final y e) programado.
Circuitos binarios lógicos. Interlooks" NORMA ISA-SS.1. Estabilidad de sistemas.
Propósito de elementos finales de control. Componentes principales de los elementos
finales de control. Posición a falla del suministro del fluido motriz. Tipos más comunes de
válvulas de control, aplicación, internos de una válvula, características de flujo de una
válvula. Variables que intervienen en la selección de una válvula. Accesorios de una
válvula de control.
UNIDAD 4.-
USO DE LAS COMPUTADORAS DE PROCESO.
6 h.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Definirán en forma genética la aplicación de computadoras de proceso como parte
de un proceso como parte de un sistema de: a) control, b) adquisición de datos, c)
manipulación de datos, d) información y e) supervisión.
Definirán aplicaciones de los sistemas de interés y de control en operaciones
unitarias y equipos.
CONTENIDO.
Funciones que ejecuta una computadora de proceso. Clasificación de las computadoras de
proceso Manejo de datos. Señales de salida. Conversión de señales analógicas a digitales.
Organización interna típica de una computadora de proceso. Lenguajes de máquina.
Aplicaciones en operaciones y equipos (bombeo, reactores LD, LF, Hornos, grúas de
acerías, etc) para minimizar: la carga eléctrica, controlada, tiempo de vaciado, carga de
materia prima al horno, etc).
BIBLIOGRAFÍA.
ANDREW, W.G. "Aplied Instrumentation in the Process Industries". VOL. I y II, Ed. Gulf
Publishing Co. (1974).
LIPTAK, BELA B. "Instrument Engineers Handbook, VOL. II" Ed Chilton Book Co.
(1969).
METODOLOGÍA DE LA ENSEÑANZA.
Se emplea principalmente la técnica oral, auxiliándose con material impreso distribuido
entre los participantes de antemano, con la finalidad de abreviar tiempo al tener que dictar
conceptos o ejecutar dibujos complicados en el pizarrón. Se debe emplear el apoyo
audiovisual. Estudios dirigidos de investigación bibliográfica.
EVALUACIÓN.
La calificación de teoría representa el 80% de la calificación final. Un 10% de la parte
restante está dada por dos monografías sobre temas específicos que tiene que desarrollar el
alumno en forma individual, por ejemplo: Válvulas de seguridad y pirometría: Estos temas
tienen como objeto el que los alumnos se familiaricen con libros y documentos sobre
instrumentación industrial y adquieran conocimientos relativos a la materia, en temas que
se van a tocar muy superficialmente o que definitivamente no se dan por estar fuera del
objetivo principal de este curso.(Se anexa hoja de la estructuración de estos trabajos). El
último 10% restante, está representado por el desarrollo de un anteproyecto. El profesor
reparte en forma individual un diagrama de proceso en donde se muestran tres o cuatro
equipos principales con su información básica y el alumno tiene que elaborar:
a) Diagrama mecánico de flujo.
b) Hojas de sumarios de instrumentos.
c) Hojas de especificaciones de instrumentos.
d) Diagrama de circuitos de instrumentos.
Para desarrollar los puntos b), c y d) el profesor proporciona copias de dibujos típicos y
esqueletos de hojas de especificaciones a los alumnos.
REQUISITOS PARA LLEVAR EL CURSO. Instalación y equipos electrónicos.