ejemplo plan global

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SUR 1 BAHIA BLANCA ARGENTINA

DEPARTAMENTO DE: INGENIERA QUIMICA

PROGRAMA DE: DINMICA Y CONTROL DE PROCESOS CODIGO 6060 AREA NRO: III

H O R A S D E C L A S E P R O F E S O R R E S P O N S A B L E T E O R I C A S P R A C T I C A S Dra. Noem Susana Schbib

Por semana Por cuatrimestre Por semana Por cuatrimestre

4 64 4 64 A S I G N A T U R A S C O R R E L A T I V A S P R E C E D E N T E S

Para Cursar A P R O B A D A S C U R S A D A S

Biotecnologa de Alimentos (IA, Plan 2002) Equipos para procesos (IA, IQ, Plan 2006)

Reactores Qumicos y Biolgicos (IA, IQ, Plan

2006)

Procesamiento de Alimentos (IA, Plan 2002)

Procesos de Separacin (IQ, Planes 1998 y 2002)

Reactores Qumicos (IQ, Planes 1998 y 2002)

Para Rendir A P R O B A D A S C U R S A D A S

Biotecnologa de Alimentos (IA, Plan 2002) Equipos para procesos (IA, IQ, Plan 2006)

Procesamiento de Alimentos (IA, Plan 2002)

Procesos de Separacin (IQ, Planes 1998 y

2002)

Reactores Qumicos (IQ, Planes 1998 y 2002)

Reactores Qumicos y Biolgicos (IA, IQ, Plan

2006)

VIGENCIA AOS 2012

DESCRIPCIN Y OBJETIVOS

El objetivo de esta materia es introducir a los alumnos de las carreras de Ingeniera de Alimentos e Ingeniera Qumica en el estudio de la dinmica de los procesos y otorgarle las herramientas bsicas del control de los mismos. La primera parte se cumple a travs del estudio de las respuestas temporales de los sistemas de ingeniera, de la construccin de los modelos matemticos que los representan y de la resolucin de las ecuaciones que surjan de estos modelos. El estudio del control se hace a travs de los anlisis de estabilidad y de respuesta frecuencial, as como los mecanismos de control clsicos, utilizados principalmente en la industria qumica. Se incluye adems sistemas de control ms avanzados, los cuales tomaron mayor auge en los ltimos aos con el aumento de las facilidades computacionales disponibles en la mayora de las empresas. Esta materia requiere el conocimiento de ciertas herramientas matemticas y de los fenmenos de transferencia de calor y materia.


DEPARTAMENTO DE: INGENIERIA QUIMICA

PROGRAMA DE: DINMICA Y CONTROL DE PROCESOS CODIGO: 6060 AREA NRO: III

VIGENCIA AOS 2012

PROGRAMA SINTTICO

Nmeros complejos. Operaciones y representacin. Conceptos bsicos de la funcin Transformada de Laplace. Definicin y propiedades. Conceptos generales de control. Planteo de modelos matemticos para procesos

comunes en la ingeniera qumica. Respuesta en el tiempo de sistemas simples (primero y segundo orden) ante

perturbaciones matemticas conocidas. Control a lazo cerrado. Elementos de medicin, de accin final y control. Anlisis de respuesta frecuencial. Estudio de la estabilidad de los sistemas. Controladores clsicos (proporcional, proporcional - integral, proporcional-integral-

derivativo) Anlisis de la dinmica y control de procesos complejos. Aplicacin de sistemas de control ms elaborados: cascada , anticipado, predictivos,

adaptivo Introduccin al anlisis de los sistemas multivaribles.




VIGENCIA AOS 2012

PROGRAMA ANALTICO

1) Nmeros complejos. Operaciones con nmeros complejos. Complejo conjugado y sus propiedades. Representacin geomtrica de un nmeros complejo. Argumento y mdulo de un nmero complejo y sus respectivas propiedades. Forma trigonomtrica de un nmero complejo (o forma polar). Multiplicacin y divisin de nmeros complejos en forma polar. Potencias enteras de nmeros complejos. Frmula de Euler. Teorema De Moivre. Races de nmeros complejos y representacin geomtrica. Teorema fundamental del lgebra. Forma exponencial de un nmero complejo. Logaritmo natural de un nmeros complejo. Potencias de base y exponente complejos. Raiz cuadrada de un nmero complejo.

2) Transformada de Laplace: Definicin de transformada, transformada de funciones simples

(escaln ideal, rampa, funciones peridicas, etc.), transformada de la derivada, inversin en fracciones parciales. Antitransformada de Laplace. Resolucin de ecuaciones diferenciales. Propiedades de la transformada. Teorema del Valor Final e Inicial.

3) Conceptos generales sobre el control de los procesos qumicos. Definicin de sistema, control y regulacin. Planteo de modelos en estado estacionario y dinmicos para diferentes procesos de la industria qumica (reactor, mezclador, intercambiador, etc.). Anlisis de sistemas abiertos simples. Sistemas de primer orden. Respuestas generales a una seal escaln, rampa y simusoidal.. Respuesta de la concentracin del producto de salida de un reactor qumico agitado. Constante de tiempo cuando la reaccin es de primer orden y para reacciones qumicas de mayor orden. Respuesta de sistemas de primer orden en serie, interactuantes y no interactuantes. Sistemas de segundo orden. Caractersticas de las respuesta de sistemas de segundo orden a perturbaciones tipo escaln, rampa y sinusoidal. Sistemas con tiempo muerto (demora pura). Sistemas de parmetros distribuidos.

4) Sistemas de control a lazo cerrado. Elementos de control final. Controladores Diagrama en bloques de sistemas de control. Problemas de regulacin y de servomecanismo. Representacin de un proceso qumico: diagrama en bloques del control de un proceso qumico simple y dos o ms procesos combinados. Ecuacin caracterstica. Control proporcional y Control on-off. Accin integral y derivativa. Conceptos de estabilidad. Test de Routh. Lugar de las races.

5) Anlisis frecuencial. Diagrama de Bode y de Nyquist. Respuesta frecuencial de procesos de primer, segundo y n orden. Respuesta frecuencial de elementos acoplados. Sistemas equivalentes y aproximados. Identificacin dinmica de procesos. Respuesta frecuencial a lazo abierto y a lazo cerrado. Conversin de respuesta frecuencial a transitoria. Ajuste de controladores por los mtodos de anlisis frecuencial. Criterio de estabilidad de Bode y de Nyquist. Ajuste de controladores por Margen de Ganancia y Margen de Fase. Criterio de ajuste de Ziegler-Nichols. Diagrama de Bode de lazo cerrado. Diagrama de Nichols.

Otros criterios de ajuste. Mtodo de curva de reaccin. Mtodo de Cohen y Coon. Mtodo cclico, del amortiguamiento (relacin de atenuacin ). Criterios a partir del mnimo error integral, mnimo error absoluto, etc. Criterios de performance: ISE, IAE, ITAE.




VIGENCIA AOS 2012

6) Anlisis terico de la dinmica y control de procesos complejos. Control de un reactor calentado con camisa de vapor. Anlisis de estabilidad y control de un reactor qumico. Control de un reactor agitado. Efectos de los retardos en el circuito de regulacin. Control de un reactor batch. Dinmica y control de un intercambiador de calor, respuesta a un cambio en la temperatura de vapor. Intercambiadores en contracorriente. Retardos en la medida. Esquemas de control. Control de flujo y de nivel. Dinmica y control de columnas de destilacin. Control de composicin del producto de cabeza y fondo. Control de columna con alimentacin variable. Control de presin. Control de temperatura de alimentacin. Comportamiento dinmico de una columna de destilacin. Sistemas no lineales.

7) Anlisis y diseo de sistemas de control avanzado. Control en cascada. Metodologa de

ajuste de los controladores. Control anticipado. Controlador no realizable. Reglas de ajuste para el control anticipado realimentado. Control de relacin. Control de rango partido. Procesos con gran tiempo muerto. Compensador de tiempo muerto (Predictor de Smith). Efecto del error de modelado. Procesos con respuesta inversa. Compensador de respuesta inversa. Sistemas de control adaptivo. Control adaptivo con modelo de referencia. Regulador de autoajuste. Control inferencial.

8) Diseo de sistemas de control para procesos multivariables. Control de sistemas

MIMO. Configuraciones alternativas en lazos de control. Anlisis de interaccin (Teorema de Bristol). Interaccin y desacople de lazos de control. Aplicacin a un calentador y reactor tanque agitado continuo. Diseo de lazos de control no interactuantes (desacopladores). Desacopladores no realizables.




A O P R O F E S O R R E S P O N S A B L E A O P R O F E S O R R E S P O N S A B L E (f i r m a a c l a r a d a) (f i r m a a c l a r a d a)

2012

S.Schbib

V I S A D O

C O O R D I N A D O R A R E A S E C R E T A R I O A C A D E M I C O D I R E C T O R D E D E P A R T A M E N T O

Dra. Marisa PEDERNERA Dra. Vernica BUCAL

FECHA: Agosto 2012 FECHA: FECHA

BIBLIOGRAFA

- Ruel V. Churchill y James W. Brown, Variable Compleja y Aplicaciones. MacGraw-Hill, 2a. edicin 1978.

- M.R. Spiegel, Variable Compleja. Serie Schaum. Mc. Graw-Hill - Coughanowr D.R. Process Systems Analysis and control Mc Graw Hill, 2nd. Edition,

1991 - Marlin Thomas E. Process control, Designing Process and Control Systems for Dynamic

Performance, Mc Graw Hill , March 1995. - Babatunde A. Ogunnaike, W. Harmon Ray. Process Dynamics, Modeling and Control

(Topics in Chemical Engineering), Oxford, 1994. - Stephanopoulus G.. "Chemical Process Control, Prentice Hall, 1984. - Luyben W. "Process Modeling, Simulation and Control for Chemical Engineers. Mc Graw

Hill, 1973. - Coughanowr and Koppel. "Process Systems Analysis and Control, Mc Graw Hill, 1965. - Douglas J.M. Process Dynamics and Control. Vol II. Prentice Hall, 1972.



ANEXO PROGRAMA DE: DINMICA Y CONTROL DE PROCESOS

CODIGO: 6060

AREA NRO: III

VIGENCIA AOS 2012

SISTEMA DE EVALUACIN

Se toman dos exmenes parciales, con contenido terico - prctico. Se deben aprobar con un promedio de 6 (seis), sin tener aplazo (menos de 4) en ninguno de los dos exmenes. Quienes no cumplen ese requisito rinden un examen recuperatorio que incluye todos los temas del 1er. y 2do. parcial y se rinde a final de cuatrimestre. El que aprob ambos parciales con una nota igual o superior a 7 (siete) puede optar por promocionar. Si no promociona debe rendir examen final terico - prctico (escrito y oral) e incluye todos los temas dictados. La validez del cursado es de 1 ao. La evaluacin final del alumno que promociona se realiza mediante un tercer examen (escrito y oral) que incluye la teora y prctica de los temas no incoporados en los parciales adems de una revisin global terica de toda la asignatura. Este examen es en una nica fecha al final de cuatrimestre. La nota final resulta de las notas de los exmenes ms los proyectos. La evaluacin del alumno que curs pero no promocion se realiza mediante un examen escrito y oral que incluye todos los temas de la materia.

PRACTICAS EN GABINETE / LABORATORIO /CAMPO Se plantean proyectos sobre distintos procesos al que se le implementa un sistema de control. Para el desarrollo de los mismos se utiliza software especfico de control como el Simulink, el CStation y las herramientas matemticas que brinda MAPLE y MATLAB. Como prctica de laboratorio, se analiza el funcionamiento y la programacin de un sistema de control aplicado al control de nivel en un sistema de tanques en serie.

ACTIVIDADES DIRIGIDAS A DESARROLLAR HABILIDADES PARA LA COMUNICACIN ORAL Y ESCRITA Se forman comisiones de no ms de 4 alumnos a los cuales se les entrega un proyecto que deben resolver. Al finalizar el proyecto cada comisin debe presentar un informe escrito que incluya los objetivos, las tareas desarrolladas y la presentacin de resultados. Esta actividad grupal los lleva a aprender a realizar trabajos grupo, coordinando tareas y discutiendo resultados. A su vez toda la comisin tiene que discutir frente al docente los resultados obtenidos. Por otra parte, ya sea que el alumno aprueba por promocin o por examen final tiene que rendir un examen escrito y oral. Nuevamente la instancia oral lo enfrenta a defender una opinin frente al docente



ANEXO PROGRAMA DE: DINMICA Y CONTROL DE PROCESOS

CODIGO: 6060

AREA NRO: III

A O P R O F E S O R R E S P O N S A B L E A O P R O F E S O R R E S P O N S A B L E (f i r m a a c l a r a d a) (f i r m a a c l a r a d a)

2012

S.Schbib

V I S A D O

C O O R D I N A D O R A R E A S E C R E T A R I O A C A D E M I C O D I R E C T O R D E D E P A R T A M E N T O

Dra. Marisa PEDERNERA Dra. Vernica BUCAL

FECHA: Agosto 2012 FECHA: FECHA

VIAJES DE ESTUDIO A final de cuatrimestre se organiza una visita a alguna de las plantas industriales de la zona de Baha Blanca a los fines de ver especficamente su Sala de Control. De esta manera tienen la oportunidad de apreciar la forma de trabajo en una Sala de Control y de conversar con los tcnicos y profesionales a cargo.

METODOLOGA DE LA ENSEANZA

Se dan dos clases tericas por semana de dos horas cada una en la que se presentan los temas de la materia. Coordinadamente se desarrollan las clases con resolucin de problemas donde el alumno tiene la posibilidad de consultar sobre la metodologa de solucin y los resultados de los problemas planteados. Las consultas son individuales o grupales. En este ltimo caso normalmente se plantean discusiones sobre distintas alternativas de solucin propuestas por los propios alumnos. Estas dos actividades (teora y resolucin de problemas) se compatibilizan con el proyecto a resolver en el cuatrimestre y la actividad en el laboratorio de control.

ejemplo plan global

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