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Control Avanzado de Procesos
Gua Docente:
FACULTAD DE CIENCIAS QUMICAS UNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE
MADRID
CURSO 2014-2015
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Gua Docente: Simulacin y Control de Procesos
I.- IDENTIFICACIN
NOMBRE DE LA ASIGNATURA: Control Avanzado de Procesos
Qumicos
CARCTER: Optativa MATERIA: Campos de Aplicacin de la
Ingeniera Qumica MDULO: Tecnologa Qumica TITULACIN: Master en
Ingeniera Qumica SEMESTRE/CUATRIMESTRE: Semestral (segundo
semestre) DEPARTAMENTO/S: Ingeniera Qumica - Matemtica
Aplicada PROFESOR/ES RESPONSABLE/S:
Grupo nico
Teora Seminario Tutora Laboratorio
Profesor: JOS ARACIL MIRA Departamento: Ingeniera Qumica
Despacho: QA-B58 e-mail: [email protected]
Teora Seminario Tutora Laboratorio
Profesora: MERCEDES MARTNEZ RODRGUEZ Departamento: Ingeniera
Qumica Despacho: QA-B71 e-mail: [email protected]
Teora Seminario Tutora Laboratorio
Profesor: GREGORIO DAZ DAZ Departamento: Matematica Aplicada
Despacho: QB-646 e-mail: [email protected]
II.- OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL La asignatura Control Avanzado de Procesos es
una asignatura optativa del Master de Ingeniera Qumica y tiene como
objetivo que el alumno adquiera las competencias generales y
especficas que le capaciten para la elaboracin de modelos dinmicos
incluyendo distintas estructuras de control avanzado que
habitualmente se utilizan en la industria qumica para una buena
regulacin de la planta. El alumno conocer las bases matemticas e
ingenieriles as como el software informtico aplicado a tal fin.
OBJETIVOS ESPECFICOS. o Aprender a disear estrategias de
diferentes tipos de procesos, comprender el
funcionamiento de los equipos de control en unidades de proceso,
y poder calcular, sintonizar e implementar un controlador en un
equipo.
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Gua Docente: Simulacin y Control de Procesos
o Estudiar en profundidad la instrumentacin inteligente y
protocolos de comunicacin empleando buses de campo, sistemas de
control distribuido (DCS), programacin de autmatas y controladores
lgicos programables (PLCs).
o Aprender a conceptualizar modelos de ingeniera y aplicar
mtodos innovadores en la resolucin de problemas y aplicaciones
informticas adecuadas para el diseo, simulacin, optimizacin y
control de procesos y sistemas.
III.- CONOCIMIENTOS PREVIOS Y RECOMENDACIONES
CONOCIMIENTOS PREVIOS:
Se recomienda tener una formacin previa obtenida a travs de
asignaturas relacionadas con la Instrumentacin y el control de
procesos.
RECOMENDACIONES: Nociones bsicas del entorno MATLAB-SIMULINK, y
de matemticas (ecuaciones diferenciales, transformadas de
Laplace).
IV.- CONTENIDOS
BREVE DESCRIPCIN DE LOS CONTENIDOS: Fundamentos de simulacin
dinmica de procesos qumicos, dinmica de primer y segundo orden.
Iinstrumentacin inteligente, sistemas de control distribuido (DCS),
controladores lgicos programables (PLCs); se tratan los sistemas de
informacin de plantas, protocolos de comunicaciones y sistemas de
gestin. Diseo y ajuste de controladores. Automatizacin de
instalaciones industriales. Control digital de procesos.
PROGRAMA: Tema 1. Introduccin matemtica para el control de
procesos qumicos. - Herramientas matemticas de control.
Trasformaciones integrales (Laplace,
Fourier) - Sistemas dinmicos. Linealizacin y estabilidad. -
Sistemas dinmicos controlados. Controlabilidad. Principio Bang-Bang
- Introduccin al Control ptimo de tiempos de llegada. Modelos y
aplicaciones. - Implementacin y simulacin en Matlab.
Tema 2. Introduccin al control. Fundamentos de simulacin dinmica
de procesos qumicos. Evolucin de los sistemas de control.
Identificacin de sistemas. Simulacin de procesos regulados por
controladores PID. Automatizacin y niveles de automatizacin de
instalaciones industriales. (Diseo y ajuste de controladores)
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Gua Docente: Simulacin y Control de Procesos
Tema 3. Control Avanzado. Control digital de procesos (control
centralizado, control distributivo y PLCs). Red de comunicaciones.
Estrategias de control avanzado (Cascada, Control adaptativo,
predictivo). Redes neuronales (y modelos de lgica difusa). Control
avanzado multivariable. Aplicaciones al control de equipos de
proceso, control de procesos energticos y al control avanzado
multivariable. Control de unidades individuales. Simulacin dinmica
de procesos industriales
V.- COMPETENCIAS
GENERALES:
o CG2: Concebir, proyectar, calcular y disear procesos, equipos,
instalaciones industriales y servicios, en el mbito de la ingeniera
qumica y sectores industriales relacionados, en trminos de calidad,
seguridad, economa, uso racional y eficiente de los recursos
naturales y conservacin del medio ambiente.
o CG5: Saber establecer modelos matemticos y desarrollarlos
mediante la informtica apropiada, como base cientfica y tecnolgica
para el diseo de nuevos productos, procesos, sistemas y servicios,
y para la optimizacin de otros ya desarrollados.
o CG6: Tener capacidad de anlisis y sntesis para el progreso
continuo de productos, procesos, sistemas y servicios utilizando
criterios de seguridad, viabilidad econmica, calidad y gestin medio
ambiental.
o CG10: Adaptarse a los cambios, siendo capaz de aplicar
tecnologas nueva y avanzadas y otros progresos relevantes, con
iniciativa y espritu emprendedor.
o CG11: Poseer las habilidades del aprendizaje autnomo para
mantener y mejorar las competencias propias de la ingeniera qumica
que permiten el desarrollo continuo de la profesin.
ESPECFICAS: o CE1: Aplicar conocimientos de matemticas, fsica,
qumica, biologa y otra
ciencias naturales, obtenidos mediante estudio, experiencia y
prctica, con razonamiento crtico para establecer soluciones viables
econmicamente a problemas tericos.
o CE3: Conceptualizar modelos de ingeniera, aplicar mtodos
innovadores en la resolucin de problemas y aplicaciones informticas
adecuadas para el diseo, simulacin, optimizacin y control de
procesos y sistemas.
o CE4: Tener habilidad para solucionar problemas que son poco
familiares, incompletamente definidos o que tengan especificaciones
en competencia, considerando los posibles mtodos de solucin
incluidos los ms innovadores, seleccionando el ms apropiado y poder
corregir la puesta en prctica, evaluando las diferentes soluciones
de diseo.
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o CE5: Dirigir y supervisar todo tipo de instalaciones,
procesos, sistemas y servicios de las diferentes reas industriales
relacionadas con la ingeniera qumica.
o CE11: Dirigir y realizar la verificacin, el control de las
instalaciones, procesos y productos, as como certificaciones,
auditorias, verificaciones, ensayos e informes.
TRANSVERSALES: o CT1: Desarrollar el trabajo de forma autnoma. o
CT2: Trabajar en equipo fomentando el desarrollo de habilidades en
las
relaciones humanas.
o CT4: Demostrar razonamiento crtico y autocrtico en busca de la
calidad y rigor cientficos.
o CT6: Aplicar a entornos nuevos o poco conocidos, dentro de
contextos multidisciplinares, los conceptos, principios, teoras o
modelos relacionados con la Ingeniera Qumica.
o CT8: Integrar creativamente conocimientos y aplicarlos a la
resolucin de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro
de contextos multidisciplinares.
o CT10: Utilizar herramientas y programas informticos para el
tratamiento y difusin de los resultados procedentes de la
investigacin cientfica y tecnolgica.
VI. HORAS DE TRABAJO Y DISTRIBUCIN POR ACTIVIDAD
Actividad Presencial (horas)
Trabajo autnomo
(horas) Crditos
Clases tericas 30 45 3,0
Seminarios 15 22,5 1,5
Laboratorio en el aula informtica 10 7,5 0,75
Tutoras 2 3 0,2
Preparacin de exmenes 3 12 0,55
Total 60 90 6
VII.- METODOLOGA
El tiempo lectivo del curso se divide en clases tericas,
seminarios, laboratorios, y tutoras.
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Gua Docente: Simulacin y Control de Procesos
Las clases tericas se desarrollarn en un solo grupo, formado por
el conjunto de todos los graduados matriculados en la asignatura.
Consistirn, de forma mayoritaria, en lecciones magistrales en las
que se expondrn conocimientos tericos sobre los contenidos
matemticos e ingenieriles de la asignatura. Mediante esta
metodologa se plantea desarrollar en el alumno las siguientes
competencias: CG2, CG5, CE1, CE2, CE3, CE4, CE5, CE11. Las clases
de seminario se realizarn parcialmente en aulas de informtica; en
estas clases se utilizar el programa MATLAB y herramientas
matemticas empleadas en el control, centrndose en los elementos que
se requieran para resolver los casos prcticos asignados a los
alumnos. Mediante esta metodologa se plantea desarrollar en el
alumno las siguientes competencias: CG5, CG6, CG10, CG11, CE1, CE4.
En el laboratorio se impartirn en aulas de informtica donde se
resolvern casos prcticos en MATLAB con el asesoramiento del
profesor. Mediante esta metodologa se plantea desarrollar en el
alumno las siguientes competencias: CG5, CG11, CE3, CE5, CE11, CT8,
CT10 En las tutoras se supervisar el progreso de los alumnos,
resolviendo sus dudas sobre lo aprendido en las clases tericas, y
sobre la resolucin de los casos prcticos planteados. Mediante esta
metodologa se plantea desarrollar en el alumno las competencias
CT1, CT2, CT4, CT6. Se utilizar el Campus Virtual como instrumento
para poner a disposicin de los alumnos el material que se utilizar
en las clases tericas y prcticas, y como medio de comunicacin entre
el profesor y los alumnos.
VIII.- BIBLIOGRAFA
o Computer Controlled Systems. Karl J. Astrom. Prentice Hall
(1996). o Sistemas de Control en Tiempo Discreto. Katsuhiko Ogata.
Prentice Hall (2002). o Mathematics in Chemical Engineering in
Ullmanns Modelling and Simulation.
B. Finlayson, L.T. Biegler, I. Grossman, Wiley (2007).
o Ingeniera de Control Moderna. Katsuhiko Ogata. Prentice Hall
(2010). o Feedback control of dynamic systems. Gene F. Franklin, J.
David Powell (2009). o Digital Control Systems. Ioan Dor Landua.
Springer (2006). o High performance control of AC drives with
Matlab/ Simulink models, Abu-Rub,
Haitham. John Wiley & Sons (2012).
o Control avanzado de procesos: teora y prctica. Acedo Snchez,
Jos. Daz de Santos (2004).
o Handbook of Intelligent Control. D.A. White and D.A. Sofge.
Van Nostrand Reinhold (1992).
o Introduction to Chemical Engineering Computing, B.A.
Finlayson, Wiley (2012)
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Gua Docente: Simulacin y Control de Procesos
IX.- EVALUACIN
La evaluacin del rendimiento del alumno y de las competencias
adquiridas en la asignatura se llevar a cabo mediante una evaluacin
global, que considerar por una parte los exmenes que se realicen y
por otra las actividades dirigidas y el trabajo personal efectuado
por el alumno.
Para poder realizar la evaluacin global de la asignatura y
presentarse al examen final, el estudiante deber haber participado
en el 100% de las actividades presenciales.
El rendimiento acadmico y la calificacin final sern el resultado
de las calificaciones obtenidas ponderadas de la siguiente
forma:
Examen: 60% Actividades dirigidas: 20% Prcticas informticas:
20%
.
EXAMEN ESCRITO: 60% La evaluacin de las competencias adquiridas
en la asignatura (CG5, CG6, CG11, CE3, CE4) se realizar mediante
pruebas escritas y dos exmenes en las convocatorias ordinaria
(junio) y/o extraordinaria (septiembre), que consistir en un
conjunto de cuestiones de desarrollo o aplicacin directa de teora y
de problemas numricos. En el caso de realizar el examen final, ser
necesario alcanzar una nota mnima de 4 puntos para acceder a la
evaluacin global de la asignatura. En el caso de no superar la
asignatura realizando el examen final en la convocatoria ordinaria,
se podr efectuar ste en la convocatoria extraordinaria.
PARTICIPACIN EN SEMINARIOS Y TUTORIAS: 20% La evaluacin de las
actividades dirigidas permitir conocer el grado de consecucin de
las competencias CG6, CG11, CE1, CE3, CE4, CE11, CT6 y CT8. Para la
convocatoria extraordinaria se mantendr la calificacin de las
actividades dirigidas. Los alumnos han de PARTICIPAR, RESOLVER y
ENTREGAR, segn plazos que se fijen a principio del curso, una
coleccin de problemas para medir el grado de consecucin de las
competencias y destrezas en la realizacin del ejercicio desde las
especificaciones del problema hasta los resultados. Una vez
obtenida esta calificacin se mantendr en todas las
convocatorias.
PRCTICAS DE INFORMTICA: 20% Con el fin de fomentar el
aprendizaje cooperativo se organizarn grupos reducidos.
La asistencia a todas las sesiones de prcticas informticas es
obligatoria. La evaluacin en la convocatoria ordinaria se realizar
teniendo en cuenta la aptitud y actitud del alumno en las sesiones
prcticas, sus respuestas a cuestiones concretas planteadas por el
profesor, as como la calidad del informe escrito presentado por
grupo de trabajo sobre la resolucin del caso prctico y de la
prctica. Dicho informe se entregar a los profesores de la
asignatura para su evaluacin.
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Gua Docente: Simulacin y Control de Procesos
La evaluacin permitir conocer el grado de consecucin de las
competencias CE3, CT2, CT4 y CT10. En la convocatoria
extraordinaria, aquellos alumnos que tengan una nota inferior a 4
debern repetir el informe escrito.
Para poder recibir calificacin del caso prctico el alumno debe
obtener una calificacin mnima (3) en el examen final escrito.
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Gua Docente: Simulacin y Control de Procesos
PLANIFICACIN DE ACTIVIDADES CRONOGRAMA
BLOQUE ACTIVIDAD HORAS GRUPOS INICIO FIN
1. Introduccin matemtica para el control de procesos
Teora 10 1 1 semana 5 semana
Seminario 5 1
2. Introduccin al control Teora 5 1
6 semana 8 semana Seminario 2 1
3. Control Avanzado Teora 15 1
8 semana 15 semana Seminario 8 1
BLOQUES 1 y 3. Tutoras programadas* 2 1 Semanas 5, 11.
3. Control Avanzado Laboratorio 10 4 12 semana 13 semana
* Las tutoras programadas estn sujetas a posibles modificaciones
segn la planificacin conjunta del curso.
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Actividad docente
Competencias asociadas Actividad Profesor Actividad alumno
Procedimiento de evaluacin P NP Total C
Clases de teora CG2 CG5 CE1 CE2 CE3 CE4 CE5 CE11
Exposicin de los conocimientos tericos necesarios para resolver
los casos prcticos
Toma de apuntes 30 45 75 -
Seminarios CG5 CG6 CG10 CG11 CE1 CE4 Explicacin del manejo de
MATLAB y SIMULINK
Toma de apuntes Manejo del ordenador
Evaluacin del programa entregado para resolver los casos
asignados
15 22,5 37,5 20%
Prcticas informticas
CG5 CG11 CE3 CE5 CE11 CT8 CT10
Asesoramiento a los alumnos en los casos prcticos asignados.
Realizacin de prcticas informticas
Aplicacin de los conocimientos adquiridos en las clases tericas
y seminarios. Manejo de equipos comerciales de control
Evaluacin del informe sobre el caso asignado y de las aptitudes
en el laboratorio
10 7,5 17,5 20%
Tutoras CT1 CT2 CT4 CT6 Supervisin del progreso de los
alumnos
Preparacin de las preguntas para el profesor, asimilacin y
aplicacin de las explicaciones recibidas
2 3 5 -
Exmenes CG5 CG6 CG11 CE3 CE4
Propuesta, vigilancia y correccin del examen. Calificacin del
alumno
Estudio y realizacin Examen sobre los contenidos expuestos en
las clases tericas
3 12 15 60%
P : Presenciales; NP: no presenciales (trabajo autnomo); C:
calificacin
RESUMEN DE LAS ACTIVIDADES
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I.- IDENTIFICACINII.- OBJETIVOSIII.- CONOCIMIENTOS PREVIOS Y
RECOMENDACIONESIV.- CONTENIDOSV.- COMPETENCIASVI. HORAS DE TRABAJO
Y DISTRIBUCIN POR ACTIVIDADVII.- METODOLOGAVIII.- BIBLIOGRAFAIX.-
EVALUACINRESUMEN DE LAS ACTIVIDADES
