SIMULACIÓN Y CONTROL DE PROCESOS - ?· sobre los fundamentos de los sistemas de control automático…

Download SIMULACIÓN Y CONTROL DE PROCESOS - ?· sobre los fundamentos de los sistemas de control automático…

Post on 26-Aug-2018

212 views

Category:

Documents

0 download

TRANSCRIPT

  • SIMULACIN Y CONTROL DE PROCESOS

    Gua Docente:

    FACULTAD DE CIENCIAS QUMICAS

    UNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE MADRID

    CURSO 2014-2015

  • - 2 -

    Gua Docente: Simulacin y Control de Procesos

    I.- IDENTIFICACIN

    NOMBRE DE LA ASIGNATURA: Simulacin y Control de Procesos

    NMERO DE CRDITOS: 9

    CARCTER: Obligatoria

    MATERIA: Ingeniera de la Produccin

    Qumica

    MDULO: Tecnologa Qumica

    TITULACIN: Grado en Ingeniera Qumica

    SEMESTRE/CUATRIMESTRE: Anual (tercer curso)

    DEPARTAMENTO/S: Ingeniera Qumica

    PROFESOR/ES RESPONSABLE/S:

    Grupo nico

    Teora

    Seminario

    Tutora

    Practicas

    Profesor: JOS ANTONIO DELGADO DOBLADEZ

    Departamento: Ingeniera Qumica

    Despacho: QA-144

    e-mail: jadeldob@quim.ucm.es

    Profesor: V. ISMAEL GUEDA MAT

    Departamento: Ingeniera Qumica

    Despacho: QP-110

    e-mail: viam@quim.ucm.es

    Profesor: PEDRO YUSTOS CUESTA

    Departamento: Ingeniera Qumica

    Despacho: QP-109

    e-mail: pyustosc@quim.ucm.es

    Profesora: MARA ISABEL GUIJARRO GIL

    Departamento: Ingeniera Qumica

    Despacho: QA-B70A

    e-mail: migg@quim.ucm.es

    Practicas

    Profesor: JOS MANUEL TOLEDO GABRIEL

    Departamento: Ingeniera Qumica

    Despacho: QA-B58

    e-mail: jmtoledo@quim.ucm.es

    Profesor: EMILIO GMEZ CASTRO

    Departamento: Ingeniera Qumica

    Despacho: QP 114

    e-mail: emgomez@quim.ucm.es

    II.- OBJETIVOS

    OBJETIVO GENERAL

    El objetivo principal de la simulacin es la descripcin y utilizacin de una herramienta

    fundamental para el ingeniero qumico: la simulacin de procesos. Por otra parte, el

    objetivo del control es proporcionar al alumno un conocimiento extenso y profundo

    mailto:jadeldob@quim.ucm.esmailto:viam@quim.ucm.esmailto:pyustosc@quim.ucm.esmailto:jmtoledo@quim.ucm.esmailto:emgomez@quim.ucm.es

  • - 3 -

    Gua Docente: Simulacin y Control de Procesos

    sobre los fundamentos de los sistemas de control automtico y la instrumentacin

    industrial.

    OBJETIVOS ESPECFICOS

    o Conocer los fundamentos de los programas de simulacin de procesos qumicos.

    o Aprender a manejar ASPEN PLUS.

    o Disear y optimizar procesos de la industria qumica en presencia de incertidumbre.

    o Comprender y dominar las herramientas matemticas utilizadas en la descripcin de la dinmica de procesos en lazo abierto y lazo cerrado.

    o Comprender y dominar los mecanismos y principios bsicos de operacin de la instrumentacin y las caractersticas bsicas de seales estndar usadas en los

    sistemas de control analgicos y digitales.

    o Saber disear los circuitos y las acciones y lazos de control con las especificaciones de respuesta y estabilidad ms adecuadas.

    III.- CONOCIMIENTOS PREVIOS Y RECOMENDACIONES

    CONOCIMIENTOS PREVIOS:

    Nociones bsicas de informtica (manejo de Windows, Word, PowerPoint) y de

    matemticas (ecuaciones diferenciales, transformadas de Laplace).

    RECOMENDACIONES:

    Se recomienda haber cursado las asignaturas de Fundamentos de Ingeniera Qumica,

    Termodinmica Aplicada y Mecnica de Fluidos.

    IV.- CONTENIDOS

    BREVE DESCRIPCIN DE LOS CONTENIDOS:

    Dominio del tiempo. Dominio de Laplace. Dominio de la frecuencia. Especificaciones

    y normas. Terminologa. Diagramas P&ID. Instrumentacin analgica y digital.

    Instrumentacin virtual. Entorno MATLAB-SIMULINK. Medidores de temperatura,

    presin, caudal, nivel. Anlisis industrial. Control. Niveles de automatizacin. Lazo

    abierto y lazo cerrado. Acciones de control. Elemento final. Sintonizacin y

    estabilidad. Aplicaciones a control de presin y temperatura con programas

    informticos comerciales. Modelos. Simulacin de procesos mediante programas.

    Optimizacin.

    PROGRAMA:

    BLOQUE 1: SIMULACIN DE PROCESOS

    Tema 1. Introduccin a la Estrategia y Simulacin de Procesos

    Conceptos bsicos. Aplicaciones de la simulacin en la industria qumica. Modelos.

    Modelos matemticos. Sistemas. Construccin de modelos matemticos. Simuladores

    comerciales. Arquitectura de un simulador. Simulacin estacionaria y dinmica.

  • - 4 -

    Gua Docente: Simulacin y Control de Procesos

    Tema 2. Simulacin de procesos en rgimen estacionario

    Desarrollo del diagrama de flujo para la simulacin. Relacin Modelo / operacin.

    Sistemas de Unidades. Componentes. Tipos de Componentes. Sistemas

    termodinmicos. Mtodos para la estimacin del equilibrio LV y LL. Grados de

    libertad y especificaciones de diseo. Tipos de problemas relacionados con la

    simulacin de procesos. Simuladores secuenciales y simultneos.

    Tema 3. La estrategia modular secuencial para la simulacin de procesos en

    rgimen estacionario

    Mtodos iterativos en simulaciones secuenciales. Resolucin de problemas con reciclo

    y especificaciones de diseo Corrientes de corte. Criterio de fin de procesos iterativos.

    Ventajas y desventajas de la resolucin secuencial modular. Mtodos para renovacin

    de hiptesis (directa, sobrerelajacin, Wegstein, Newton y Broyden)

    Tema 4. Simulacin de procesos en estado estacionario con ASPEN PLUS

    Caractersticas fundamentales del paquete de "software" comercial ASPEN PLUS.

    Utilizacin del "interface" grfico. Requerimientos para llevar a cabo una simulacin

    de un proceso. Modelos de operacin unitaria. Estimacin de propiedades fsicas. Tipos

    de variables. Anlisis de sensibilidad de variables. Especificaciones de diseo.

    BLOQUE 2: CONTROL DE PROCESOS

    Tema 5. Dinmica. Dominio del tiempo

    Dinmica de sistemas. Sistemas lineales de primer orden. Sistemas lineales de segundo

    orden. Sistemas no lineales y linealizacin.

    Tema 6. Dominios de Laplace y de la Frecuencia

    Transformada de Laplace. Funciones de transferencia. Diagramas de bloques. lgebra

    de bloques. Respuesta de frecuencia. Diagramas de Bode.

    Tema 7. Lazos de control

    Acciones de control. Elemento final de control. Lazos feedback y "feedforward".

    Estabilidad absoluta y relativa. Aplicaciones a operaciones y procesos.

    Tema 8. Instrumentacin

    Especificaciones, normas. Instrumentacin analgica. Instrumentacin digital.

    Medidores, transmisores, controladores, actuadores e instrumentacin industrial.

    V.- COMPETENCIAS

    GENERALES:

    o CG1-TQ1: Utilizar conceptos para el aprendizaje autnomo de nuevos mtodos y teoras.

    o CG5-TQ1: Analizar, disear, simular y optimizar procesos y productos.

    ESPECFICAS:

    o CE19-IP1: Realizar balances de materia y energa macroscpicos.

  • - 5 -

    Gua Docente: Simulacin y Control de Procesos

    o CE21-IP1: Analizar los componentes de un proceso qumico bajo los aspectos preferentes termodinmicos, cinticos y operativos y establecer la

    integracin ptima de los mismos.

    o CE23-IP1: Saber plantear y optimizar modelos que permitan la simulacin de procesos.

    o CE23-IP2: Utilizar los programas comerciales de simulacin en Ingeniera Qumica.

    o CE23-IP3: Utilizar las herramientas matemticas utilizadas en el control dinmico en lazo abierto y lazo cerrado.

    o CE23-IP4: Definir, reconocer y contrastar la exactitud y sensibilidad de instrumentos de medida industriales.

    o CE23-IP5: Usar paquetes comerciales de supervisin (SCADA) y de I&C, interpretar y definir especificaciones, diagramas de bloques y

    esquemas P&ID.

    TRANSVERSALES:

    o CT1-TQ1: Desarrollar capacidad de anlisis y sntesis.

    o CT2-TQ1: Resolver problemas en el rea de la Tecnologa Qumica.

    o CT6-TQ1: Utilizar herramientas y programas informticos para calcular, simular y aproximar.

    o CT8-TQ1: Demostrar capacidad para el razonamiento crtico y autocrtico.

    VI. HORAS DE TRABAJO Y DISTRIBUCIN POR ACTIVIDAD

    Actividad Presencial

    (horas)

    Trabajo

    autnomo

    (horas)

    Crditos

    Clases tericas 42 63 4,2

    Seminarios 18 27 1,8

    Laboratorio 30 22,5 2,1

    Tutoras 3 4,5 0,3

    Preparacin de trabajos y exmenes 6 9 0,6

    Total 99 126 9

    VII.- METODOLOGA

    El tiempo lectivo del curso se divide en clases tericas, seminarios, laboratorios, y tutoras.

  • - 6 -

    Gua Docente: Simulacin y Control de Procesos

    Las clases tericas se desarrollarn en un solo grupo, formado por el conjunto de todos los

    alumnos matriculados en la asignatura. Consistirn, de forma mayoritaria, en lecciones

    magistrales en las que se expondrn conocimientos tericos generales sobre la simulacin

    y control de procesos. Mediante esta metodologa se plantea desarrollar en el alumno las

    siguientes competencias: CG1-TQ1, CE21-IP1, CE23-IP2, CE23-IP3, CE23-IP4 y CE23-

    IP5.

    Las clases de seminario se realizarn en aulas de informtica. En estas clases se explicar

    el manejo del programa ASPEN PLUS 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-TQ1, CE19-IP1, CE23-IP2, CE23-IP5, CT1-TQ1, CT2-

    TQ1, CT6-TQ1 y CT8-TQ1

    En el laboratorio de la parte de simulacin de procesos los alumnos resolvern el caso

    prctico asignado con ASPEN PLUS con el asesoramiento del profesor. Los alumnos

    harn tambin una prctica de control (presin y temperatura) dotada de SCADA.

    Mediante esta metodologa se plantea desarrollar en el alumno las siguientes competencias:

    CE23-IP2, CE23-IP4, CE23-IP5, CT1-TQ1, CT6-TQ1, CT8-TQ1.

    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 la competencia CT8-TQ1.

    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

    BSICA:

    o ASPEN PLUS, Manuales de usuario del programa.

    o OLLERO DE CASTRO, P., Control e Instrumentacin de los procesos qumicos. Ed Sntesis, 2006.

    o LUYBEN, W. L., Process Modelling, Simulation, and Control for Chemical Engineers, 2nd ed., McGraw-Hill, 1990.

    o OGATA, K., Ingeniera de Control Moderna, 5 ed., Prentice Hall, 2010.

    COMPLEMENTARIA:

    o RAMIREZ, W.F., Computational Methods for Process Simulation, Butterworths, 1989.

    o EIDER, WARREN D.; SEADER, J.D. y LEWIN, DANIEL R., Process Design Principles. Synthesis, Analysis and Evaluation, John Wiley & Sons, Inc. New

    York, 1999.

    o ALEXANDRE C. DIMIAN, Integrated Design and Simulation of Chemical Processes, Elsevier, 2003.

    o CREUS, A., Instrumentacin Industrial, Marcombo-Boixareu, 1993.

    o OGATA, K., Sistemas de Control en Tiempo Discreto, 2 ed., Prentice Hall, 1996.

  • - 7 -

    Gua Docente: Simulacin y Control de Procesos

    o ACEDO, J., Instrumentacin y control avanzado de procesos, Daz de Santos, 2006.

    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 al menos en el 70% de las actividades presenciales de

    aula (teora, seminarios y tutoras). La asistencia a todas las sesiones de laboratorio es

    obligatoria.

    El rendimiento acadmico y la calificacin final sern el resultado de las calificaciones

    obtenidas en el Bloque de Simulacin de Procesos (45%), y en el Bloque de Control de

    Procesos (55%), ponderadas de la siguiente forma en cada uno de los bloques:

    Simulacin de Procesos:

    Examen: 30%

    Actividades dirigidas: 35%

    Prcticas de laboratorio: 35%

    Control de Procesos:

    Examen: 70%

    Actividades dirigidas: 15%

    Prcticas de laboratorio: 15%

    Ser necesario obtener una calificacin mnima de cuatro en cada bloque para realizar la

    media.

    EXAMEN ESCRITO: 52%

    La evaluacin de las competencias adquiridas en la asignatura (CG1-TQ1, CE21-IP1,

    CE23-IP2, CE23-IP3, CE23-IP4 y CE23-IP5) se realizar mediante dos exmenes

    parciales escritos, de carcter principalmente prctico en el Bloque de Simulacin de

    Procesos, uno al final de cada semestre, as como un examen final, 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.

    Los alumnos que superen los dos exmenes parciales no estarn obligados a

    presentarse al examen final. La calificacin obtenida en los exmenes parciales, o en su

    caso en el examen final, representar el 52% de la evaluacin global. 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. En este caso, a

    efectos de la evaluacin global, el examen representar igualmente un 52% de la

    calificacin, aplicndose la misma evaluacin para las restantes actividades realizadas

    en el curso.

  • - 8 -

    Gua Docente: Simulacin y Control de Procesos

    TRABAJOS DIRIGIDOS Y PARTICIPACIN EN SEMINARIOS: 24%

    La evaluacin de las actividades dirigidas permitir conocer el grado de consecucin de

    las competencias CG5-TQ1, CE19-IP1, CE23-IP2, CE23-IP5, CT1-TQ1, CT2-TQ1,

    CT6-TQ1 y CT8-TQ1. Para la convocatoria extraordinaria se mantendr la calificacin

    de las actividades dirigidas.

    Los alumnos han de entregar, segn plazos que se fijen a principio del curso, una

    coleccin de problemas y un trabajo dirigido en el Bloque de Control de Procesos para

    medir el grado de consecucin de las competencias y destrezas en la realizacin del

    ejercicio desde las especificaciones del problema hasta los resultados obtenidos tanto

    en el bloque de Simulacin como en el bloque de Control de Procesos.

    Una vez obtenida esta calificacin se mantendr en todas las convocatorias en ambas

    partes.

    PRCTICAS: 24%

    Con el fin de fomentar el aprendizaje cooperativo se organizarn grupos reducidos.

    La asistencia a todas las sesiones de laboratorio 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 de laboratorio. Dicho informe se

    entregar a los profesores de la asignatura para su evaluacin.

    La evaluacin permitir conocer el grado de consecucin de las competencias CE23-

    IP2, CE23-IP4, CE23-IP5, CT1-TQ1, CT6-TQ1 y CT8-TQ1. En la convocatoria

    extraordinaria, aquellos alumnos que tengan una nota inferior a 4 debern repetir el

    informe escrito. Las prcticas de laboratorio representan el 24% de la evaluacin

    global.

    Para poder recibir calificacin del caso prctico el alumno debe obtener una

    calificacin mnima (3) en el examen final escrito.

  • 9

    Gua Docente: Simulacin y Control de Procesos

    PLANIFICACIN DE ACTIVIDADES CRONOGRAMA

    BLOQUE ACTIVIDAD HORAS GRUPOS INICIO FIN

    1. SIMULACIN DE PROCESOS Teora 18 2

    1 semana 13 semana Seminario 8 2

    2. CONTROL DE PROCESOS Teora 24 1

    14 semana 30 semana Seminario 10 2

    BLOQ...

Recommended

View more >