MANUAL POR COMPETENCIAS DE INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL - IBQ (Feb 2015).pdf

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Unidad:
Instituto Tecnológico Superior de
Coatzacoalcos.
Edición
No. 01
Fecha de Edición:
FEBRERO 2015
Departamento: Ingeniería Bioquímica
Materia: Instrumentación y Control
MANUAL DE PRÁCTICAS BASADO EN
COMPETENCIAS
MATERIA: INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL
CARRERA: INGENIERÍA BIOQUÍMICA
CLAVE DE LA ASIGNATURA: AEF-1039
SATCA: 3-2-5
SEMESTRE: QUINTO
ELABORADO POR:
I.EO. OMAR ALVAREZ ANTONIO
Revisión Autorización
H. Academia de
Ingeniería Bioquímica
Jefe de División de
Ingeniería Bioquímica

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No. 01
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INDICE DE PRÁCTICAS
NO. DE
PRÁCTICA
NOMBRE DE LA PRÁCTICA PÁGINA
01 Reglamento de Laboratorio 05
02 Generalidades, conceptos y términos 08
03 Medidores de Presión y Nivel 14
04 Medición de Temperatura 19
05 Función de transferencia y estrategias de control 24
06 Sistemas de Segundo Orden 29
07 Investigación de Diseño de controladores 34

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Edición
No. 01
Fecha de Edición:
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PRESENTACIÓN
La instrumentación, a nivel industrial, es de gran importancia ya que, a
través de esta podemos sensar, registrar, indicar, controlar y modificar los diversos
procesos que son necesarios para la fabricación de todo lo que nos rodea, así
como de brindarnos las comodidades para la vida.
Dentro de la ingeniería, es muy importante contar con los instrumentos,
equipos o dispositivos necesarios para poder realizar, más eficientemente, las
mediciones y acciones de control dentro de los diversos procesos industriales,
para poder así, lograr la optimización de los recursos e insumos, sin correr riesgos
en infraestructuras, materia prima o, por parte del personal.
Una herramienta muy importante para lograr lo anterior, es el correcto
conocimiento y uso de la gran variedad de instrumentos con los que se cuenta hoy
en día, siendo la gran mayoría de ellos muy fáciles de operar. Los avances de la
tecnología han simplificado, en gran medida, la utilización de todos y cada uno d
ellos, haciendo su aplicación, realmente muy sencilla.
Éste manual comprende algunas prácticas referentes al conocimiento y
utilización de la instrumentación y el control industrial, para la mayor comprensión
del curso. Al término de esta materia el estudiante contará con conocimientos
sobre los instrumentos, el control y algunas características del ambiente industrial
para la solución de problemas prácticos del área de la ingeniería en que se
desarrolla.

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COMPETENCIAS A DESARROLLAR.
Competencias Especificas Competencias Genéricas
 Conocer la simbología utilizada en la
Instrumentación.
 Conocer los principios para la medición de
las variables de proceso:
 Conocer los diferentes tipos de medidores
de presión, flujo, nivel y temperatura.
 Conocer los elementos finales de control.
 Deducir el modelo matemático de
sistemas físicos.
 Comprender los conceptos fundamentales
de los elementos y sistemas de control.
 Obtener la respuesta en el dominio del
tiempo de sistemas físicos, partiendo de
los modelos matemáticos y transformados
al dominio de Laplace.
 Comprender los efectos de los diferentes
modos de control (P, PI, PID) en la
respuesta de los sistemas.
 Reconocer la estabilidad de sistemas de
control automático.
 Determinar los parámetros de ajuste de
los controladores a lazo cerrado.
 Conocer algunas de las diferentes
Competencias instrumentales
 Capacidad de análisis y síntesis
 Capacidad de organización y
planificación.
 Habilidades básicas de manejo de
la computadora.
 Habilidad para buscar y analizar
información proveniente de fuentes
diversas
 Solución de problemas
 Toma de decisiones.
 Resolución de casos prácticos
Competencias interpersonales
 Razonamiento crítico
 Trabajo en un equipo de carácter
interdisciplinario.
 Trabajo en un contexto
internacional.
 Capacidad para comunicarse con
expertos de otras áreas

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estrategias de control de procesos
químicos.
Competencias sistémicas
 Aprendizaje autónomo.
 Adaptación a nuevas situaciones.
 Capacidad de aplicar los
conocimientos en la práctica

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PRÁCTICA: 01
Nombre de la práctica: REGLAMENTO DE LABORATORIO
1- Competencia específica a desarrollar:
El estudiante recordará las normas que rigen la entrada y estancia dentro del
laboratorio de Ingeniería Química- Bioquímica, para la realización de prácticas en
el mismo, por parte de cualquiera de las asignaturas.
2. Introducción:
El reglamento de laboratorio es la normativa vigente, dentro de ésta área de
trabajo, para poder realizar de manera eficiente y sin riesgos, la totalidad de las
prácticas asignadas por el docente o academia correspondiente para el mejor
aprovechamiento de la asignatura por parte del alumno.
En él, se consideran los puntos de asistencia a clases, vestimenta, equipo
de seguridad y protección personal, reactivos, equipos de laboratorio y requisitos
generales de acceso y permanencia en él.
De igual manera importante es la estancia dentro de las instalaciones. Por
lo que también, se hacen algunas prohibiciones que deben tomarse en cuenta con
mucha atención.

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3. Material, Equipos y Reactivos:
Materiales Equipos Reactivos
1 Copia del reglamento oficial vigente
del laboratorio de Ing. Bioquímica. y
Química del ITESCO
No aplica . No aplica
2 Norma Mexicana NOM-005-STPS-
1998.
1. Procedimiento.
a) De forma grupal, leer el reglamento oficial vigente del laboratorio de Ing.
Química y Bioquímica del ITESCO.
b) Al término de la lectura (o según lo indique el docente), comentar los
aspectos que no se consideren claros.
c) Realizar una breve visita (acompañados por el docente) a todas las
áreas del laboratorio de Ing. Química y Bioquímica del ITESCO e
identificar claramente el área destinada para la elaboración de las
prácticas de la asignatura de Laboratorio Integral 1.
d) El alumno, de acuerdo a su experiencia y trabajo dentro del laboratorio,
redactará algunas sugerencias a las jefaturas correspondientes para
poder modificar, para una mayor eficiencia en el laboratorio, el
reglamento vigente.

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5- Cuestionario
a) ¿Cuál es la importancia de contar con un reglamento en el Laboratorio
escolar?
b) ¿Sabes quién es el encargado del mismo? De ser afirmativa la respuesta,
escribe su nombre, o en su defecto investiga al respecto.
c) ¿Sabes a quien acudir si existe algún problema o accidente? De ser
afirmativa la respuesta, escribe su nombre, o en su defecto investiga al
respecto.
6- Referencias bibliográficas.
 Reglamento de laboratorio de Ingenierías Bioquímica y Química del
Instituto Tecnológico Superior de Coatzacoalcos. .
 Norma Mexicana NOM-005-STPS-1998.

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GENERALIDADES, CONCEPTOS Y TÉRMINOS PRÁCTICA: 02
1. Competencia específica a desarrollar:
El estudiante conocerá las partes principales de un sistema de control, para
su mayor comprensión e identificará cada uno de sus elementos que lo conforman
y sus definiciones, así como reconocerá su importancia dentro del mismo.
De igual forma, conocerá la terminología y la simbología empleada en
términos de la instrumentación. Para poder analizar y comprender con mayor
eficiencia los temas de estudio correspondientes.
2. Introducción:
En ésta práctica el estudiante aplicará los conocimientos adquiridos en el
salón de clases, para poder identificar los elementos de un sistema de control
básico, mediante sus características principales. De manera, se abordara la
terminología propia de los sistemas y procesos de control, en lo que respecta a
sus partes, equipos, símbolos, conceptos, etc. A fin de lograr una mejor
comprensión de los mismos.
El estudiante trabajará en equipos con sus compañeros de clases.
Debatirán entre ellos, para obtener las respuestas correctas de los reactivos de la

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práctica y plasmaran los resultados de sus conclusiones. Lo cual será revisado por
el docente asignándole el valor de calificación considerado en su instrumentación
didáctica.
Apuntes y ejercicios de la unidad 01
Hojas blancas
Lapicero
4. Desarrollo:
1.- Describe con tus propias palabras la importancia de la instrumentación y
control.
2.- ¿A que nos referimos al hablar de un bucle cerrado?
3.- Menciona los rangos más utilizados para las siguientes señales:
a) Señal neumática:
b) Señal eléctrica-electrónica:
4.- Describe los siguientes elementos de un sistema de control y menciona
sus principales características:
a) Transmisor b) Convertidor c) Elemento primario

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No. 01
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d) Registrador e) Controlador de medición
5.- Describe, detalladamente, el significado de cada una de las siguientes
identificaciones de instrumentos:
a) PIT-20C b) FV – 200C c) 15 - HV-301B d) PIC-101
e) 02-LC -501E f) PE-204 g) LRT - 101 h) TE-100E
6.- Menciona y describe las normas propuestas por la ISA, para la
estandarización de los instrumentos, la medición y control de los procesos
industriales.
7.- Anota el nombre correcto del equipo o instrumentos correspondiente a la
siguiente simbología:
8.- Realiza el diagrama a bloques y la explicación del funcionamiento, de los
procesos:
- Sistema de agua doméstico (tinaco).
- Sistema de enfriamiento del refrigerador.

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Para los diagramas a bloques, deberás:
- Utilizar los términos técnicos reales de cada uno de los procesos, sus
partes y sus funciones.
- En los bloques deberás indicar las etapas principales de los procesos
correspondientes.
- Deberás indicar los tipos de señales con sus magnitudes, o productos
finales de cada etapa, mismos que serán la entrada de la siguiente etapa.
5. Cuestionario:
d) ¿Qué es un sistema de control?
e) ¿Cuáles son los elementos principales de un sistema de control?
f) ¿Por qué es importante la instrumentación en nuestra vida diaria?
g) ¿Por qué crees que sea importante manera una terminología estándar
dentro de la instrumentación?
h) ¿Cuál es el objetivo de utilizar la simbología dentro de la instrumentación?
i) ¿Cuáles son los símbolos de la instrumentación más utilizados?
6. Bibliografía:
 Instrumentación Industrial. Antonio Créus Solé. Alfa Omega

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MEDIDORES DE PRESIÓN Y NIVEL PRÁCTICA 03
El estudiante reconocerá algunos de los medidores existentes de la variable
presión y nivel. Identificará sus características principales de operación y de
aplicaciones.
2. Introducción:
Dentro de los procesos industriales, se cuenta con una gran variedad de
sensores para poder realizar la medición de las variables de un proceso
determinado.
En ésta práctica solo abordaremos las variables presión y nivel, y se
trabajará con los equipos necesarios para comprender el funcionamiento de
medición de estas.
Ambas variables son muy importantes dentro de casi todos los procesos
industriales. Por lo que, el conocimiento de sus elementos primarios de medición y
de los distintos instrumentos dentro de todo el proceso en general, es un aspecto
de suma importancia.

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Materiales Equipos/Herramientas Reactivos
08
-
Conectores caimán-caimán
Alambre de Cobre N° 18.
Apuntes y ejercicios de la
unidad 01
Hojas blancas
Lapicero
01
01
01
01
01
01
01
Fuente de alimentación de
12 Vcd.
Indicador de gasolina.
Flotador de gasolina
automotriz.
Manómetro de presión.
Juego de pinzas.
Juego de destornilladores.
Cinta de aislar
No aplica
4. Desarrollo:
1.- Identifica, prácticamente las partes de un Manómetro, como principal
Elemento Primario de Medición de la variable presión y su funcionamiento básico.
Pon mucha atención a la explicación del docente. En el reporte de ésta práctica
explicaras detalladamente ambos puntos.
2.- Reporta toda la evidencia fotográfica posible de los manómetros
observados. Debes considerar, en ellas:
- La carátula y aguja indicadora.

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- Las partes que lo conforman.
- El Tubo Bourdón y sus partes.
- Los acoplamientos mecánicos.
3.- Demuestra el funcionamiento del circuito de control de nivel del tanque
de gasolina de un automóvil y elabora lo siguiente:
- Un diagrama eléctrico del sistema de control de nivel de gasolina en forma
analítica y en forma experimental.
- Explica detalladamente su funcionamiento y realiza su demostración
experimental.
- Menciona los instrumentos y accesorios posibles a utilizar para realizar un
mantenimiento al mismo.
- ¿Qué tipo de sistema de control es?
- Identifica las limitantes del sistema de control. Sugiere mejoras del mismo.
4.- El estudiante elaborará su reporte de prácticas de acuerdo al plan de
estudio, el cual será revisado por el docente asignándole el valor de calificación
considerado en su instrumentación didáctica.
5. Cuestionario:
a) ¿Cuál es la utilidad de un dispositivo sensor de presión y nivel?
b) ¿Cuáles son las unidades de medida convencionales en ambas variables
de proceso industrial?

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c) ¿Cuáles son los valores estándar de una señal neumática?
d) ¿Cuál es la importancia de poder realizar las mediciones de éstas variables
en los procesos industriales?
e) ¿Cuáles son los instrumentos más importantes dentro de la medición de la
presión y nivel dentro de la industria? ¿En qué otras áreas laborales
podrían aplicarse estos u otros medidores? Menciona algunos(as) ejemplos.
6. Bibliografía:
 Instrumentación Industrial. Antonio Creus Solé. Alfa Omega

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MEDIDORES DE TEMPERATURA PRÁCTICA: 04
El estudiante reconocerá algunos de los medidores existentes de la variable
temperatura. Identificará sus características principales de operación y de
aplicaciones.
2. Introducción:
Dentro de los procesos industriales, se cuenta con una gran variedad de
sensores para poder realizar la medición de las variables de un proceso
determinado.
En ésta práctica solo abordaremos la variable temperatura, y se trabajará
con los equipos necesarios para comprender el funcionamiento de medición de
esta.
Ésta variable es muy importante dentro de casi todos los procesos
industriales. Por lo que, el conocimiento de sus elementos primarios de medición y
de los distintos instrumentos dentro de todo el proceso en general, es un aspecto
de suma importancia.

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No. 01
Fecha de Edición:
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Materiales Equipos/Herramientas Reactivos
08
-
Conectores caimán-caimán
Alambre de Cobre N° 18.
Apuntes y ejercicios de la
unidad 01
Hojas blancas
Lapicero
01
01
01
03
01
01
02
02
02
01
01
01
01
01
01
01
12 Vcd.
05 Vcd.
Sensor de temperatura
automotriz
Termocuplas diferentes
Bimetálico
Termopar
Multímetros
Resistencias de 330 ohms
Diodos leds
Capacitor de 05 v, 470 uF
Capacitor de 10 v, 2200 uF
Plancha o encendedor
Protoboard
Juego de pinzas.
Juego de destornilladores.
Cinta de aislar
No aplica

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FEBRERO 2015
4. Desarrollo:
1.- Identifica prácticamente, los elementos primarios de medición de la
variable temperatura, que utilizaremos en ésta práctica y los proporcionados por el
laboratorio. Toma evidencia fotográfica y, en el reporte correspondiente, anota el
principio de funcionamiento de cada uno de ellos.
2.- Tomando el encendedor, y el voltímetro, analiza el funcionamiento de las
Termocuplas y del bimetálico, proporcionándole señales de calor a las mismas.
Prueba con cada una de ellas. Toma tus anotaciones de las magnitudes
generadas por ellas, en sus terminales; y la evidencia fotográfica correspondiente.
3.- Investiga el proceso para el acondicionamiento de las señales de voltaje
(mV) obtenidos de las termocuplas, para que éstas pueden ser leídas de forma
digital en una pantalla LCD, por ejemplo. Muestra un diagrama a bloques de las
etapas necesarias para ello.
4.- Utilizando el Óhmetro, el bulbo de temperatura automotriz, conectores
caimán – caimán y un encendedor. Comprueba la variación de resistencia
eléctrica del mismo en presencia de la variación de temperatura. Anota tus
observaciones.
5.- Construye el circuito de la Figura 01. Explica y comprueba su
funcionamiento.

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Edición
No. 01
Fecha de Edición:
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6.- Construye el circuito de la Figura 02. Explica y comprueba su
funcionamiento, mediante la variación de la temperatura del sensor instalado en el
circuito. Realizando las siguientes actividades:
a) Registra los niveles de tensión del sensor, mientras incrementa la
temperatura a la que se encuentra expuesto. ¿Qué sucede?
b) Registra los niveles de tensión de la carga (lámpara), mientras incrementa
la temperatura a la que se encuentra expuesto el sensor del circuito. ¿Qué
sucede?
c) ¿Qué nivel de tensión tiene el sensor, una vez que ha entrado en
funcionamiento? Explica la razón.
d) ¿Qué sucede con la corriente en el circuito? Realiza la medición de la
misma y comprueba el funcionamiento del circuito.
7.- Construye el circuito de la Figura 03. Y explica su funcionamiento. ¿Qué
sucede si aumentamos el valor del capacitor?

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Unidad:
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Edición
No. 01
Fecha de Edición:
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5. Cuestionario:
a) ¿Qué es una Termocupla?
b) ¿Qué es una resistencia dependiente de temperatura?
c) ¿Qué es el coeficiente de temperatura?
d) ¿Qué sucede con la corriente en un circuito cuando el coeficiente de
temperatura de un dispositivo sensor es superado?
e) ¿Cuál es la importancia de conocer las características técnicas de un
sensor, en este caso, de temperatura?
f) ¿Cuáles serían los datos técnicos de importancia en un sensor de esta
naturaleza?

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Unidad:
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Edición
No. 01
Fecha de Edición:
FEBRERO 2015
6. Bibliografía:

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Unidad:
Coatzacoalcos.
Edición
No. 01
Fecha de Edición:
FEBRERO 2015
FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA Y ESTRATEGIAS PRÁCTICA: 05
DE CONTROL
El estudiante recordará, de los temas vistos en clase, las características
principales de los sistemas de control y su Función de transferencia, así como las
estrategias de control.
2. Introducción:
Los sistemas de control tienen, dentro de sus principales características, la
función de transferencia y las estrategias de control con las cuales se encuentran
operando.
La función de transferencia es, la relación entre la señal de entrada y la de
salida, la que describe el funcionamiento de nuestro sistema y su comportamiento
ante las distintas señales de entrada, errores y de perturbación.
didáctica.

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Unidad:
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Libreta de apuntes
Hojas blancas
Lapicero
4. Desarrollo:
1.- Calcula la función de transferencia de los siguientes diagramas de
control.
2.- Menciona las características principales de las siguientes estrategias de
control, si es necesario utiliza también diagramas a bloques para describirlos:
 On – Off.

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Unidad:
Coatzacoalcos.
Edición
No. 01
Fecha de Edición:
FEBRERO 2015
 Anticipado.
 Retroalimentado.
 SISO, SIMO, MISO, MIMO.
5. Cuestionario:
a) ¿Qué es la función de transferencia? Menciona sus principales
características.
b) ¿Cuál es la importancia de ésta?
c) Menciona la importancia de las estrategias de control.
6. Bibliografía:

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Unidad:
Coatzacoalcos.
Edición
No. 01
Fecha de Edición:
FEBRERO 2015
SISTEMAS DE SEGUNDO ORDEN PRÁCTICA: 06
principales de los sistemas de control de segundo orden, su Función de
Transferencia y la Transformada de Laplace.
2. Introducción:
Los sistemas de control tienen, dentro de sus principales características, la
función de transferencia que describe al sistema mismo, en una sola ecuación
característica.
La función de transferencia es, la relación entre la señal de entrada y la de
salida, la que describe el funcionamiento de nuestro sistema y su comportamiento
ante las distintas señales de entrada, errores y de perturbación.

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Unidad:
Coatzacoalcos.
Edición
No. 01
Fecha de Edición:
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didáctica.
Libreta de apuntes
Hojas blancas
Lapicero
4. Desarrollo:
1.- Calcula R(t), G(t), H(t) y C(t); del siguiente diagrama de control.
2.- El estudiante formara equipos de trabajo, con sus compañeros, para su
análisis y solución.

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Unidad:
Coatzacoalcos.
Edición
No. 01
Fecha de Edición:
FEBRERO 2015
5. Bibliografía:

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Unidad:
Coatzacoalcos.
Edición
No. 01
Fecha de Edición:
FEBRERO 2015
DISEÑO DE CONTROLADORES PRÁCTICA: 07
principales de los tipos de controladores en un sistema de control y sus
ecuaciones características.
2. Introducción:
Dentro de las características principales de un sistema de control, podemos
mencionar el tipo de control con que cuenta el sistema. Éste es el que nos
permitirá tomar las decisiones de control necesarias dentro del mismo para una
pronta corrección ante las deviaciones que se presenten en el funcionamiento del
sistema.
Dentro de los tipos de control que podemos mencionar están:
 Control Proporcional (P),
 Control Derivativo (D),

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Unidad:
Coatzacoalcos.
Edición
No. 01
Fecha de Edición:
FEBRERO 2015
 Control Integral (I),
 Control Proporcional Integral (PI),
 Control Proporcional Derivativo (PD) y,
 Control Proporcional Integral Derivativo (PID).
Libreta de apuntes
Hojas blancas
Lapicero
4. Desarrollo:
1.- Realiza un cuadro sinóptico con las características más importantes de
operación de los controles proporcional, derivativo e integral.
2.- Realiza un cuadro sinóptico con las características más importantes de
operación de los controles PI, PD y PID.
3.- El estudiante formara equipos de trabajo, con sus compañeros, para su
análisis y solución.

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Fecha de Edición:
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5. Bibliografía:

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