INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR PROGRAMA SINTÉTICO CARRERA: Ingenie
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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
PROGRAMA SINTÉTICO CARRERA: Ingeniería en Control y Automatización. ASIGNATURA: Instrumentos Analíticos de Medición.
SEMESTRE:
Séptimo
OBJETIVO GENERAL: El alumno especificará el instrumento analítico de medición idóneo para cada aplicación, en estudio de casos, previo análisis del funcionamiento, características y criterios de selección.
CONTENIDO SINTÉTICO: I II III IV V VI
Variables Físicas. Variables Analíticas. Instrumentos Basados en la Medición de Energía Radiante. Sensores para Medir Propiedades Electroquímicas. Instrumentos Basados en la Medición de Propiedades Indirectas. Aplicaciones Industriales.
METODOLOGÍA: Búsqueda y exposición de conceptos en grupos pequeños de trabajo, Análisis de conceptos expuestos por el profesor en grupos de trabajo, resolución de ejercicios en clase, uso de normas, material bibliográfico, catálogos, manuales y material audiovisual, en la elaboración de un trabajo de aplicación final en grupos pequeños de trabajo, asistencia a visitas industriales, realización de prácticas de laboratorio y entrega de reportes técnicos de las prácticas de laboratorio y visitas industriales, con el apoyo y supervisón del profesor.
EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN: La parte teórica se evaluará con tres exámenes parciales escritos cuyo valor será del 60%, las tareas y el avance en la búsqueda de información del trabajo de aplicación tendrán un valor del 10 %, y el 30% restante será el promedio de los reportes de prácticas de laboratorio y reportes de visitas industriales. La suma de las calificaciones de la teoría y el laboratorio se realizará siempre que sea aprobatoria la calificación del laboratorio.
BIBLIOGRAFÍA: Clevett, Kenneth J., Process Analyzer Technology, Ed. John Wiley & Sons, USA, 1986, 952 pp Lipták, Bela G., Instruments Engineers´ Handbook- Process Measurement and Analysis, Vol 1, Editorial ISA, USA, 2003,1824 pp. Sherman, R. E., Analytical Instrumentation, Editorial ISA, USA, 1996, 728 pp. Sherman, R. E., Process Analyzer Sample-Conditioning System Technology, Editorial ISA, USA, 2001, 648 pp.
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ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica CARRERA: Ingeniería en Control y Automatización OPCIÓN: COORDINACIÓN: DEPARTAMENTO: Académico de ICA
ASIGNATURA: Instrumentos Analíticos de Medición. SEMESTRE: Séptimo. CLAVE: CRÉDITOS: 7.5 VIGENTE: Agosto 2005 TIPO DE ASIGNATURA: Teórico-Práctico MODALIDAD: Escolarizada
TIEMPOS ASIGNADOS
HRS/SEMANA/TEORÍA:3.0 HRS/SEMANA/PRÁCTICA:1.5 HRS/SEMESTRE/TEORÍA: 54 HRS/SEMESTRE/PRÁCTICA: 27 HRS/TOTALES: 81
PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO POR: Academia de Procesos Industriales. REVISADO POR: Subdirección Académica. APROBADO POR: Consejo Técnico Consultivo Escolar de la ESIME Zacatenco. M. en C. Jesús Reyes García
AUTORIZADO POR: Comisión de Planes y Programas de Estudio del Consejo General Consultivo del IPN.
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ASIGNATURA: Instrumentos Analíticos de Medición.
CLAVE:
HOJA: 2
DE 10
FUNDAMENTACIÓN DE LA ASIGNATURA En los procesos industriales es de gran importancia el control de las variables analíticas y físicas, que intervienen en estos, como son: composición, densidad, humedad, pH, turbidez, etc. Por lo que es indispensable que el Ingeniero en Control y Automatización sea capaz de identificar, cuantificar y transmitir dichas variables a los centros de mando para su control, por medio de señales hidráulicas, neumáticas, eléctricas, electrónicas, ópticas, térmicas, etc. Siendo las asignaturas antecedentes, que el alumno habrá cursado, Electrónica I, Física Moderna, Electricidad y Magnetismo, Química Aplicada, Sistemas Digitales, Elementos Primarios de Medición, Preparación y Transporte de Materiales, Operaciones de Separación y Elementos de Transmisión y Control. Las asignaturas consecuentes son: Control de Procesos I, Control de Procesos II, Sistemas de Procesos Industriales I y Sistemas de Procesos Industriales II.
OBJETIVO DE LA ASIGNATURA El alumno especificará el instrumento analítico de medición idóneo para cada aplicación, en estudio de casos, previo análisis del funcionamiento, características y criterios de selección.
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ASIGNATURA: Instrumentos Analíticos de Medición. No. UNIDAD: I
CLAVE:
HOJA: 3
DE 10
NOMBRE: Variables Físicas.
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno aplicará los principios en que se basan los elementos de medición como son: función, tipo, error, transmisión, interpretación, y determinación de criterios de selección, en cada una de las tecnologías actuales de medición de variables físicas.
No. TEMA 1.1
1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10
TEMAS Introducción y conceptos básicos de: Sensores de peso. Medidores de velocidad angular. Medidores de variables eléctricas. Principios básicos de operación. Características básicas de diseño. Criterios de selección. Instalación. Conservación y mantenimiento. Calibración. Costos. Ejemplos de selección y aplicación. Normatividad industrial.
T
HORAS P
EC
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
3.0
6.0
4.0
1B, 2C, 4C, 5C 6C 7B, 9C, 10C
3.0
3.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Búsqueda de conceptos por parte de los alumnos. Exposición de los conceptos, por parte de los alumnos con la orientación del profesor. Análisis de los principios de operación de los diversos elementos, expuestos por el profesor, en grupos pequeños de trabajo. Resolución de ejercicios de aplicación. Uso de normas, catálogos y manuales. Integración de equipos de trabajo. Asignación de temas para el trabajo de aplicación.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN El primer examen abarcará las unidades I, II y tendrá un valor del 60%, 10% tareas y avance del trabajo de aplicación y 30% prácticas de laboratorio y visitas industriales.
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ASIGNATURA: Instrumentos Analíticos de Medición. No. UNIDAD: II
CLAVE:
HOJA: 4
DE 10
NOMBRE: Variables Analíticas
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno determinará el valor de las principales variables analíticas a medir en diversos ejemplos de procesos industriales.
No. TEMA
TEMAS T
2.1
Introducción a las variables analíticas.
2.2
Conductividad y pH.
1.5
2.3
Turbidez y gravedad específica.
1.5
2.4
Composición.
1.5
2.5
Humedad.
1.5
2.6
Concentración de Oxígeno.
3.0
2.7
Viscosidad y densidad.
1.5
2.8
Variables analíticas en contaminación ambiental.
3.0
HORAS P
EC
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
7.5
3.0
7B, 8B, 12B
ESTRATEGIA DIDÁCTICA Análisis de conceptos, expuestos por el profesor, en grupos de trabajo. Comparación de las variables analíticas. Resolución de ejercicios para la determinación de las variables analíticas, bajo la supervisión del profesor. Realización de prácticas y visitas industriales. Presentación de avance del trabajo final de aplicación.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
El primer examen abarcará las unidades I, II y tendrá un valor del 60%, 10% tareas y avance del trabajo de aplicación y 30% prácticas de laboratorio y visitas industriales.
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ASIGNATURA: Instrumentos Analíticos de Medición. No. UNIDAD: III
CLAVE:
HOJA: 5
DE 10
NOMBRE: Instrumentos Basados en la Medición de Energía Radiante.
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno especificará el sensor basado en la medición de energía radiante adecuado, en estudio de casos, mediante el análisis de los principios de funcionamiento de los diferentes instrumentos, las tecnologías usadas para la medición y control y las características para su correcta selección, calibración, instalación, mantenimiento y arranque.
No. TEMA
TEMAS
3.1
Definiciones y conceptos básicos de: Analizadores de luz infrarroja (NIR, IR) Analizadores de luz ultravioleta Analizadores de rayos X Analizadores de luz visible (absorción / difracción) Refractómetros Conductividad térmica Espectrómetro de masas, absorción atómica. Principios básicos de operación. Características básicas de diseño. Criterios de selección. Instalación. Conservación y mantenimiento. Calibración. Normatividad industrial.
3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8
HORAS
T 3.0
P
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
EC 3.0
1B, 3C, 7B, 11B, 12B
4.5
3.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA Elaboración de mapas conceptuales, de lo expuesto por el profesor. Visitas industriales. Aplicación de normas a ejercicios de diferentes tipos de procesos. Resolución de ejercicios de llenado de hojas de especificación y típicos de instalación de los diversos analizadores, apoyado en manuales de fabricantes de instrumentos industriales utilizando técnicas grupales, apoyado por el profesor. Revisión de avance del trabajo final de aplicación.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
El segundo examen abarcará las unidades III, IV y tendrá un valor del 60%, 10% tareas y avance del trabajo de aplicación y 30% prácticas de laboratorio de la unidad IV y visita industrial.
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ASIGNATURA: Instrumentos Analíticos de Medición. No. UNIDAD: IV
CLAVE:
HOJA: 6
DE 10
NOMBRE: Sensores para Medir Propiedades Electroquímicas
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno especificará el sensor para la medición de propiedades electroquímicas adecuado, en estudio de casos, a través del análisis de los principios de funcionamiento de los diferentes instrumentos, las tecnologías usadas para la medición y control y las características para su correcta selección, calibración, instalación, mantenimiento y arranque.
No. TEMA 4.1
T
HORAS P
EC
3.0
6.0
3.0
TEMAS Definiciones y conceptos básicos: Medidores de pH Medidores de conductividad. Medidores de ionización Medidores de paramagnetismo. Celdas polarográficas. Celdas galvánicas de combustible. Sensores de cloro con electrodos de platino.
4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8
Principios básicos de operación. Características básicas de diseño. Criterios de selección. Instalación Conservación y mantenimiento. Calibración. Normatividad industrial
CLAVE BIBLIOGRÁFICA 1B, 3C, 7B, 8B, 9C, 11B, 12B
3.0
3.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA Análisis de los conceptos expuestos por el profesor y los alumnos, en grupos pequeños. Conocimiento físico del equipo e instalación y cableado eléctrico en el laboratorio. Resolución de ejercicios de aplicación de sensores de flujo, llenado de hojas de especificación Uso de manuales de instrumentos industriales, material audiovisual, catálogos. Uso de normas ISA S-20 aplicadas a diferentes tipos de procesos, todo esto bajo la orientación del profesor. Realización de prácticas y visitas Industriales. Presentación de avance del trabajo final de aplicación.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN El segundo examen abarcará las unidades III, IV, tendrá un valor del 60%, 10% tareas y avance del trabajo de aplicación y 30% prácticas de laboratorio de la unidad IV y visita industrial.
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ASIGNATURA: Instrumentos Analíticos de Medición.
CLAVE:
HOJA: 7
DE 10
NOMBRE: Instrumentos Basados en la Medición de Propiedades Indirectas.
No. UNIDAD: V
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno especificará el instrumento adecuado basado en la medición de propiedades indirectas, en estudio de casos, previo análisis de los principios de funcionamiento de los diferentes sensores, las tecnologías usadas para la medición y control y las características para su correcta selección, calibración, instalación, mantenimiento y arranque.
No. TEMA 5.1
TEMAS Principios básicos y definiciones:
T
HORAS P
EC
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
3.0
7.5
3.0
Analizadores de H2S por absorción de rayos x. Cromatografía. Instrumentos para la medición de contaminantes Ambientales. Medición de humedad por el método de moderación de electrones. 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8
Principios básicos de operación. Características básicas de diseño. Criterios de selección. Instalación. Conservación y mantenimiento. Calibración. Normatividad industrial.
1B, 3C, 7B, 8B, 9C, 11B, 12B
3.0
3.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA Realización de prácticas y visitas industriales. Exposición de conceptos por parte de los alumnos, con la orientación del profesor. Uso y manejo de manuales para determinar características del analizador estudiado. Aplicación de normas ISA S-20 a ejercicios de diferentes tipos de procesos. Resolución de ejercicios de aplicación en estudio de casos.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
El tercer examen parcial abarcará las unidades V y VI con un porcentaje del 60%, 10% para tareas y avance del trabajo de aplicación final y 30% prácticas de laboratorio y reporte de visita industrial.
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ASIGNATURA: Instrumentos Analíticos de Medición.
CLAVE:
HOJA: 8
DE 10
NOMBRE: Aplicaciones Industriales.
No. UNIDAD: VI
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno especificará los instrumentos analíticos, en estudio de casos, para diversos procesos industriales, mediante la aplicación de las tecnologías usadas para la medición y control y las características de selección, calibración, instalación y arranque.
No. TEMA
TEMAS T
6.1
Industria petroquímica.
6.2
Industria farmacéutica.
6.3
Industria cementera.
6.4
Industria alimenticia.
6.5
Industria siderúrgica.
6.6
Industria cervecera.
1.5
HORAS P
CLAVE BIBLIOGRÁFICA EC 3.0
1B, 3C, 7B, 8B, 9C, 11B, 12B
1.5
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Exposición de los ejemplos de aplicación por parte de los alumnos , en equipos de trabajo, con la orientación del profesor Análisis de diagramas de los ejemplos de aplicación. Uso y manejo de manuales para determinar características del elemento estudiado. Aplicación de normas ISA S-20 a ejercicios de diferentes tipos de procesos.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN El tercer examen parcial abarcará las unidades V y VI con un porcentaje del 60%, 10% para tareas y avance del trabajo de aplicación final y 30% prácticas de laboratorio y reporte de visita industrial.
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ASIGNATURA: Instrumentos Analíticos de Medición.
CLAVE:
HOJA: 9
DE 10
RELACIÓN DE PRÁCTICAS PRACT. No.
NOMBRE DE LA PRÁCTICA
UNIDAD
DURACIÓN
LUGAR DE REALIZACIÓN
1
Medición continua de peso. En un proceso usando celdas de carga y un receptor basado en el puente de wheatstone y amplificador.
I
6.0
Todas las prácticas se realizarán en el Laboratorio de Instrumentación
2
Medición de pH con método potenciométrico. Calibración y ajuste para mediciones múltiples con compensación de temperatura y soluciones buffer.
II
7.5
3
Medición de conductividad. En soluciones de fluidos de procesos que incluyen: agua destilada, agua desmineralizada, alcohol y fluidos orgánicos.
IV
6.0
4
Análisis de composición de fluidos orgánicos e inorgánicos usando el cromatógrafo de proceso continuo. Se efectuará la calibración, ajuste de gas de arrastre, obtención de la señal digital de salida en RS-485 y protocolo Modbus.
V
7.5
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ASIGNATURA: Instrumentos Analíticos de Medición.
CLAVE:
HOJA: 10 DE 10
PERÍODO
UNIDAD
1
I, II
60% Examen escrito + 10% tareas y avance trabajo de aplicación + 30% reportes de laboratorio y visitas industriales.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
2
III, IV
60% Examen escrito + 10% tareas y avance trabajo de aplicación + 30% reportes de laboratorio y visitas industriales.
3
V, VI
60% Examen escrito + 10% tareas y entrega trabajo de aplicación + 30% reportes de laboratorio y visitas industriales. Para acreditar la asignatura es necesario obtener calificación aprobatoria en el laboratorio. El reporte de las visitas será considerado como reporte de práctica.
CLAVE
B
1
X
C
2
X
3
X
4
X
5
X
6
X
7
X
8
X
9
X
10
X
11
X
12
X
BIBLIOGRAFÍA Clevett, Kenneth J., Process Analyzer Technology, Ed. John Wiley & Sons, USA, 1986, 952 pp. Creus Sole Antonio, Instrumentación Industrial, Editorial Alfaomega a Marcombo, 4 Edición, España, 1989, 750 pp. Eurotherm/Action Instruments, Product Handbook, volume 16, Invensys Company, USA, 2002, 176 pp. Eurotherm / Action Instruments, Control Process Automation Recorders, Eurotherm / Action Instruments, England, 2001, 158 pp. Goettsche l. D., Maintenance of Instruments & Systems, Editorial ISA, 2a Edición, USA, 2005, 452 pp. I.S.A. Instrument Technician Training Program (ITTP), Editorial I.S.A., USA, 1991, videocassete. Lipták, Krista, Instruments Engineers´ Handbook- Process Measurement and Analysis, Vol 1, Editorial ISA, USA, 2003, 1824 pp. McMillan and Cameron, Advanced pH Measurement and Control, Editorial ISA, Tercera Edición, USA, 2005, 294 pp. Moore Automation Solutions, Measurement & Control Catalog, Moore Automation Solutions, USA, 1999, 569 pp. Red Lion, Industrial Control Solutions, Red Lion Controls B V, USA, 2002, 684 pp. Sherman R. E., Analytical Instrumentation, Editorial ISA, USA, 1996, 728 pp. Sherman R. E., Process Analyzer Sample-Conditioning System Technology, Editorial ISA, 2001, 648 pp.
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PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA 1. DATOS GENERALES ESCUELA: CARRERA: ÁREA:
Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Zacatenco
BÁSICAS C. INGENIERÍA
ACADEMIA:
SEMESTRE Séptimo
Ingeniería en Control y Automatización
Procesos Industriales
D. INGENIERÍA
C. SOC. y HUM.
ASIGNATURA: Instrumentos Analíticos de Medición
ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO:
Licenciatura y/o postgrado en área afín a la carrera.
2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA: El alumno especificará el instrumento analítico de medición idóneo para cada aplicación, en estudio de casos, previo análisis del funcionamiento, características y criterios de selección. 3. PERFIL DOCENTE: CONOCIMIENTOS
EXPERIENCIA PROFESIONAL Fundamentos de química, En el ramo de la Industria física, termodinámica, Química, Petroquímica, Farmacéutica, Alimenticia, metalurgia, electrónica, procesos industriales, equipo Papelera, Textil, etc. industrial, necesidades de la industria, problemas ecológicos.
ELABORÓ
Ing. Guadalupe de la Rosa Sánchez. PRESIDENTE DE ACADEMIA
HABILIDADES
ACTITUDES
Para: Análisis, síntesis, transmisión de conocimientos, comunicación científica, técnica y personal. Crear un ambiente agradable de trabajo. Despertar en el alumno el interés por la asignatura y la investigación. Establecer la importancia de la asignatura como base de las subsecuentes.
Compromiso social. Justo y ecuánime Actuar con la verdad. Reconocer sus errores. Responsable y honesto. Superación constante. Liderazgo. Colaboración en la solución de Problemas.
REVISÓ
Ing. Guillermo Santillán Guevara SUBDIRECTOR ACADÉMICO
AUTORIZÓ
M. en C. Jesús Reyes García DIRECTOR DEL PLANTEL
FECHA: Enero 2006