AE038 Instrumentacion PDF
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SATCA: 3-2-5
2. Presentación
Caracterización de la asignatura
Esta asignatura aporta al perfil del egresado de las carreras de Ingeniería Eléctrica, Electrónica,
Mecatrónica, Petrolera y Energías Renovables, las siguientes competencias: selecciona, aplica, opera,
mantiene y calibra instrumentos para el control automático y la medición de variables existentes en los
procesos industriales.
El programa de instrumentación surge del análisis de las competencias que debe tener el ingeniero, para
desarrollar aplicaciones que mejoren la operación de los procesos industriales y productivos, a
cualquier escala.
En la parte final del programa se revisan los elementos que conforman el control asistido por
computadora, proporcionando las bases de la instrumentación virtual con la aplicación de las
tecnologías de información y comunicaciones (TIC´s),donde la interface hombre-máquina determina la
interacción óptima con el proceso.
Esta asignatura se relaciona con mediciones eléctricas o metrología y las correspondientes a electrónica
analógica, proporcionando al estudiante competencias como manejo de equipo de medición y prueba de
variables eléctricas y mecánicas, comprensión de sistemas de acondicionamiento de señal y diseño de
sistemas electrónicos.
La asignatura soporta a otras directamente vinculadas con desempeños profesionales, en las cuales se
desarrollan aplicaciones de la ingeniería para la solución de problemas en la industria, que requieren el
diseño y construcción de sistemas de instrumentación y automatización.
Intención didáctica
Es importante que el docente asocie en cada tema, aplicaciones del entorno industrial para desarrollar
en el estudiante la competencia de proponer soluciones a problemas del contexto analizando la
respuesta de los modos de control.
También, aborda los contenidos generales para desarrollar la competencia de la asignatura reforzando o
fortaleciendo las competencias genéricas.
En el segundo tema se examinan las variables de proceso como: presión, temperatura, caudal, nivel,
etc., así como los instrumentos utilizados en la detección de las mismas, analizando su funcionamiento
y clasificación, para seleccionarlos, calibrarlos y emplearlos en los diferentes procesos industriales.
Con base en las características de la señal obtenida, se revisan los circuitos acondicionadores de señal
para sensores y transmisores empleados en el monitoreo y manipulación de las señales medidas, a partir
de las variables físicas de los procesos analizados.
En el tema tres se integran los temas correspondientes a actuadores eléctricos, neumáticos e hidráulicos
y los tipos de válvulas utilizados en los procesos industriales.
Se sugiere que el docente aborde los tipos de actuadores referidos a la aplicación de su área, incluyendo
por ejemplo los diversos tipos de motores utilizados como actuadores en sistemas integrados de
instrumentación.
En el cuarto tema se analiza la función de los diferentes modos de control para adecuar las variables
físicas que integran los procesos productivos.
En el quinto tema se revisan los conceptos generales asociados con el control asistido por computadora,
donde utilice las herramientas computacionales para implementar instrumentos de medición y control
digitales. Se sugiere emplear tarjetas de adquisición de datos, software de aplicación específica e
interfaces para el monitoreo de señales.
Se sugiere una actividad integradora, que permita aplicar los conceptos estudiados en la
instrumentación. Se propone desarrollar un proyecto final donde se apliquen las competencias previas y
las adquiridas en esta asignatura para el monitoreo y control supervisorio de un proceso industrial.
El enfoque sugerido para la materia requiere que las actividades prácticas promuevan el desarrollo de
habilidades para la experimentación, tales como: identificación, manejo y control de variables y datos
relevantes; planteamiento de hipótesis; trabajo en equipo; asimismo, propicien procesos intelectuales
como inducción-deducción y análisis-síntesis con la intención de generar una actividad intelectual
compleja.
4.Competencia(s) a desarrollar
Competencia específica de la asignatura
Selecciona, aplica, calibra y opera los instrumentos de medición y control para automatizar los
procesos industriales, mediante la configuración y programación adecuada de los mismos.
5. Competencias previas
Aplica los conceptos básicos de las leyes y principios fundamentales como son ley de Coulomb,
Ley de ampere, Ley de Ohm, Ley de Faraday, para comprender sistemas sustentados en estas
leyes
Aplica los conocimientos básicos de las diferentes variables físicas como calor, flujo, presión y
temperatura para identificar los efectos en los procesos
Establece la función de transferencia y analogías entre sistemas físicos para analizar la
respuesta del sistema
Identifica elementos de entrada y salida de sistemas de control en el dominio del tiempo para
análisis y diseño de compensadores
Utiliza apropiadamente los instrumentos de medición y prueba, para el análisis de señales
Aplica los modos de control y sus combinaciones para sintonizar apropiadamente los
controladores
Aplica los fundamentos de la programación visual, para interactuar con el software apropiado.
6. Temario
No. Temas Subtemas
1 Introducción a la 1.1 Definiciones y conceptos
Instrumentación 1.2 Clasificación y características de los
instrumentos
1.3 Simbología, Normas(SAMA, ISA) y
Sistema de Unidades
1.4 Principios generales para la selección
de la instrumentación
1.5 Propagación del error
2 Sensores, transductores y transmisores 2.1 Medición de Presión
2.2 Medición de Nivel y densidad
2.3 Medición de flujo
2.4 Medición de temperatura
2.5 Medición de otras variables
2.6 Procedimiento para la calibración
2.6.1 Consideraciones previas para la
calibración.
2.6.2 Error
2.6.3 Incertidumbre
2.7 Criterios de selección
2.8 Acondicionamiento de señal
3 Actuadores 3.1 Actuadores eléctricos
3.2 Actuadores neumáticos
3.3 Actuadores hidráulicos
3.4 Tipos de válvulas
3.5 Criterios de selección
3.7 Señales de mando para actuadores
4 Controladores 4.1 Aplicaciones de Sistemas de Lazo Abierto y
Lazo Cerrado
4.2 Modos de Control aplicados en
instrumentación:
4.2.1 On-Off.
4.2.2 Proporcional
4.2.3 Proporcional + Integral
4.2.4 Proporcional + Derivativo
4.2.5 Proporcional + Integral + Derivativo
4.3 Criterios para la Selección de un controlador
4.4 Sintonización de Controladores
4.5 Comunicación del controlador con otros
instrumentos
5 Control asistido por 5.1 Adquisición de datos
Computadora 5.2 Control supervisorio
5.3 Control digital
5.4 Control distribuido
5.5 Instrumentación virtual
Actuadores
Competencias Actividades de aprendizaje
Especifica(s): Investigar tipos de actuadores y sus
Clasifica y selecciona los tipos de características, así como su aplicación en la
actuadores en base a sus características para instrumentación de procesos.
utilizarlos en los procesos industriales. Exponer principios de operación de
actuadores, tales como válvulas, motores,
Selecciona una válvula de control para pistones, etc.
modificar o controlar variables Seleccionar el tipo de actuador con respecto a
la aplicación en el contexto industrial.
Genéricas: Realizar un cuadro sinóptico guía para la
Capacidad de abstracción, análisis y selección de actuadores neumáticos e
síntesis hidráulicos.
Capacidad de aplicar los conocimientos en Realizar una tabla de clasificación y
la práctica características de válvulas de control
Capacidad para organizar y planificar el incluyendo sus aplicaciones.
tiempo Identificar las partes constitutivas de los
Capacidad de comunicación oral y escrita actuadores y válvulas.
Habilidades en el uso de las tecnologías de Analizar la información proporcionada por
la información y de la comunicación. manuales de actuadores y válvulas de
Capacidad para identificar, plantear y diversas marcas.
resolver problemas. Seleccionar la válvula adecuada a un proceso
Habilidades interpersonales. del contexto real.
Capacidad de trabajo en equipo.
Controladores
Competencias Actividades de aprendizaje
Especifica(s): Los tipos de control utilizados en la
Comprende los modos de control para instrumentación de procesos.
seleccionar y sintonizar el controlador Analizar los efectos de los modos de control
adecuado al proceso en un proceso industrial.
Aplica las técnicas de sintonización de Seleccionar los modos de control adecuados
controladores para configurar los parámetros al tipo de proceso definido por el docente
de desempeño del instrumento dentro del contexto real.
Aplicar técnicas de sintonización de
Genéricas: controladores para analizar el desempeño del
Capacidad de abstracción, análisis y instrumento.
síntesis Analizar las características de controladores
Capacidad de aplicar los conocimientos en de diversas marcas en los manuales del
la práctica proveedor.
Capacidad para organizar y planificar el Configurar y/o programar un controlador para
tiempo integrar un lazo de control.
Capacidad de comunicación oral y escrita
Habilidades en el uso de las tecnologías de
la información y de la comunicación.
Capacidad para identificar, plantear y
resolver problemas.
Habilidades interpersonales.
Capacidad de trabajo en equipo.
Habilidades para buscar, procesar y
analizar información procedente de fuentes
diversas
Habilidad para trabajar en forma
autónoma.
Preocupación por la calidad.
asistidos por computadora para utilizados en el control digital directo, control supervisorio y
control de procesos. control distribuido.
Implementa un instrumento virtual para Analizar la estructura jerárquica de los
fundamentar la aplicación de los sistemas sistemas de control distribuido utilizados en
asistidos por computadora en el control de los procesos industriales.
procesos. Desarrollar un lazo de control virtual en el
ambiente de programación que el docente
Genéricas: considere adecuado
Capacidad de abstracción, análisis y Desarrollar un proyecto final integral de
síntesis aplicación de la instrumentación.
Capacidad de aplicar los conocimientos en
la práctica
Capacidad para organizar y planificar el
tiempo
Capacidad de comunicación oral y escrita
Habilidades en el uso de las tecnologías de
la información y de la comunicación.
Capacidad para identificar, plantear y
resolver problemas.
Habilidades interpersonales.
Capacidad de trabajo en equipo.
Habilidades para buscar, procesar y
analizar información procedente de fuentes
diversas
Habilidad para trabajar en forma
autónoma.
Preocupación por la calidad
8.Prácticas
Identificación física de instrumentos en el laboratorio.
Elaborar diagramas de procesos reales usando la simbología normalizada. (DTI´s)
Medición de variables físicas con los instrumentos del laboratorio.
Calibración de instrumentos de medición.
Comprobación física de la caracterización de los instrumentos.
Sintonización de un controlador.
Implementar la función PID a través de un circuito con amplificadores operacionales
Simulación de un proceso mediante instrumentación virtual.
Diseño de un lazo de control on-off y/o PID, integrando los instrumentos necesarios
10. Interconexión de instrumentos con tarjetas de adquisición de datos
Todos los productos deben de estar contenidos en el portafolio de evidencias que el alumno integrará
durante el desarrollo de la asignatura. El docente tendrá en resguardo dicho portafolio al finalizar el
curso. El portafolio de evidencias puede ser electrónico.