Créditos ECTS Créditos ECTS: 4.5
Horas ECTS Criterios/Memorias Trabajo del Alumno/a ECTS: 74.25 Horas de Tutorías: 2.25 Clase Expositiva: 18 Clase Interactiva: 18 Total: 112.5
Lenguas de uso Castellano, Gallego
Tipo: Materia Ordinaria Grado RD 1393/2007 - 822/2021
Departamentos: Ingeniería Química
Áreas: Ingeniería Química
Centro Facultad de Biología
Convocatoria: Primer semestre
Docencia: Sin docencia (Extinguida)
Matrícula: No matriculable
Los procesos biotecnológicos comparten con la mayoría de sistemas biológicos la necesidad de operar en condiciones determinadas de pH, temperatura, concentración de sustrato y/o productos. Mantener las condiciones deseadas en el tiempo a pesar de la intervención de perturbaciones es el objetivo del control de bioprocesos en la industria, que tiene su contrapartida en los sistema biológicos en la homeostasis . En esta materia se tratan de forma paralela la dinámica de los bioprocesos industriales y ejemplos en microbiología y biomedicina mediante una perspectiva eminentemente práctica. Se usará el simulador de procesos para facilitar la realización de experimentos en ordenador y promover el aprendizaje inductivo, permitiendo así prescindir de una buena parte de los contenidos matemáticos cubiertos por los manuales de control de procesos. Concretamente, y esta materia tiene como objetivo que el alumnado sea capaz de:
- Resolver problemas básicos relacionados con el modelado y dinámica de procesos
- Aplicar y caracterizar los biosensores
- Identificar y modificar diversas estrategias de control en función del proceso considerado.
- Identificar y enumerar los diferentes elementos de control necesarios para monitorizar las variables básicas en los procesos biotecnológicos industriales.
-Distinguir los elementos de las válvulas y sistemas de control
Los contenidos descritos en la memoria del título son: Instrumentación: sensores, transmisores y controladores; válvulas de control: características y elementos; biosensores: aplicación e integración en procesos biotecnológicos; control en lazo abierto y feedback: lazos de control más frecuentes; dinámica de procesos y modelización, incluyendo resolución de problemas y uso de software específico para simulación y control. Estos contenidos se articulan en los temas siguientes:
Tema 1 - Introducción
Expositivas: La necesidad del control en los procesos biotecnológicos y en los sistemas biológicos. Las dificultades de monitorización y utilidad de los biosensores.
Aula de informática: Introducción a Matlab /Simulink para la simulación dinámica
2h Exp + 1h Inf
Tema 2 - Comportamiento dinámico de los bioprocesos
Expositivas: Representación de modelos dinámicos de los procesos biológicos. Sistemas simples en estado estacionario y transitorio. Análisis de la respuesta dinámica a cambios externos. Retardo. Estabilidad y oscilaciones.
Seminario: Estudio matemático de las respuestas dinámicas
Aula de informática: Simulación dinámica en Matlab/Simulink de diversos procesos biotecnológicos (producción de PHA, cultivo de S. cerevisiae y de células de mamífero...) y sistemas biológicos (glucosa/insulina, predador/presa en biorreactor...)
6h Exp + 2h Sem + 3h Inf
Tema 3 - Técnicas de control de bioprocesos
Expositivas: Control en lazo abierto y lazo cerrado. Retroalimentación (feedback) y control anticipativo feedforward). Estrategias de control: on/off, proporcional e integral. Control en cascada. El problema del retardo en el control de bioprocesos. Sintonizado.
Control en los procesos biológicos: homeostase. El oscilador de Goodwin
Seminario: Métodos de sintonizado de controladores.
Aula de informática: Aplicación de estrategias de control a los sistemas estudiados en el tema 2.
Titoría grupal: Presentación dun sistema/proceso complexo para levar a cabo simulación e deseño de control
6h Exp + 1h Sem + 4h Inf + 1h Tit
Tema 4 - Instrumentación en bioprocesos
Expositivas: Componentes principales del sistema de control: sensores y actuadores (bombas y válvulas). Monitorización de la actividad biológica mediante métodos online, in-line, at-line y offline . Relación con el control de procesos.
Seminario: Los componentes de monitorización y control automático de la glucemia
Aula de informática: Simulación de los elementos de instrumentación e impacto en la eficacia del control
2h Exp + 1h Sem + 1h Inf
Tema 5 - Biosensores en control y monitorización de bioprocesos
Expositivas: Elementos de biosensores (transductor, receptor, analito). Definición y tipos de biosensores : enzimáticos, microbianos, inmunosensores). Uso en procesos de la industria biotecnológica
Seminario: Selección de biosensores para bioprocesos industriales
Aula de informática: Simulación de biosensores integrados en procesos biotecnológicos
4h Exp + 1h Sem + 1h Inf
Bibliografía básica
Dochain, D. (ed.) 2008. Bioprocess control [on line ]. 1st ed. Hoboken: Wiley. Disponible en: https://onlinelibrary-wiley-com.ezbusc.usc.gal/doi/pdf/10.1002/97804706…
Bibliografía complementaria
Gòdia, F. López, J. 2010. Ingeniería bioquímica [on line ]. Madrid: Síntesis. Disponible en: https://prelo.usc.eres/Record/Xebook1-478
Ingalls, B. 2012. Mathematical modeling in systems biology: an introduction. Cambridge: The MIT Press
Huusom, J.K. 2016. Control of bioprocesses. In J. Villadsen, ed. Fundamental bioengineering [on line ]. Ch. 15. Disponible en:
https://onlinelibrary-wiley-com.ezbusc.usc.gal/doi/book/10.1002/9783527…
Larroche, C., Sanromán, M.A La., Du, G. Pandey, La. (ed.) 2016. Current developments in biotechnology and bioengineering. Bioprocesses, bioreactors and controls [on line ]. 1st ed. Amsterdam: Elsevier. Ch. 16-26. Disponible en:
https://www-sciencedirect-com.ezbusc.usc.gal/book/9780444636638/current…
Sonnleitner, B. 2016. Real-time measurement and monitoring of bioprocesses. In J. Villadsen, ed. Fundamental bioengineering [on line ]. Ch. 14. Disponible en:
https://onlinelibrary-wiley-com.ezbusc.usc.gal/doi/book/10.1002/9783527…
Competencias específicas
- CE6: Ser capaz de analizar y diseñar procesos industriales biotecnológicos y aplicarlos a la mejora de productos.
Competencias transversales
- CT1: Pensar de forma integrada y abordar los problemas desde diferentes perspectivas
- CT2: Buscar, procesar, analizar y sintetizar información procedente de diversas fuentes
- CT6: Razonar críticamente
- CT7: Mantener un compromiso ético
- CT8: Adaptación a nuevas situaciones (resiliencia)
La metodología de esta materia trata de prescindir de la mayor parte de los contenidos matemáticos que caracterizan la enseñanza de control de procesos y sistemas dinámicos. Se busca, en cambio, transmitir de una manera intiutiva y práctica cómo se comportan dinámicamente los sistemas biológicos y los bioprocesos industriales y cómo, a partir de sus respuestas dinámicas, diseñar las estrategias de control y monitorización.
Metodología en escenario 1: normalidad adaptada
Las clases expositivas consistirán en clases magistrales combinadas con pequeños tests para favorecer la participación activa.
Las sesiones interactivas de seminario se centrarán en la realización de ejercicios por parte de los alumnos para profundizar en los conceptos vistos en las sesiones expositivas.
En las sesiones en aula de informática se usará el software Matlab/Simulink para la simulación dinámica de bioprocesos y sistemas biológicos escogidos. Los modelos de simulación, implementados en Simulink, serán proporcionados por el profesor para ser usados en la realización de experimentos virtuales, en el diseño y test de controladores y en la aplicación de estrategias de monitorización. El software Matlab/Simulink puede ser instalado libremente en los ordenadores personales conectados a la red USC mediante acceso a la licencia campus.
La tutoría de grupo será dedicada a presentar un trabajo en equipo sobre el diseño de control de un sistema dinámico que será expuesto en una sesión de clase expositiva. La asistencia las clases en aula de informática y a la tutoría de grupo es obligatoria.
Se utilizará la aplicación Moodle (Campus Virtual), como herramienta de comunicación con los alumnos ofreciendo información de la programación docente a lo largo del curso en el aula y materiales complementarios para el estudio de la materia (notas del profesor así como artículos científico-técnicos) fomentando el estudio autónomo del estudiante y lo manejo de fuentes bibliográficas en inglés.
Las competencias a alcanzar con cada actividad son:
Actividad_____________________________________Competencias
Expositiva_____________________________________ CT2, CT6, CE6
Interactiva de seminario___________________________ CT1, CT6, CT8,
Aula de informática_______________________________ CT1, CT6, CT8, CE6
Tutoría grupal (incluyendo trabajo en equipo) ____________ CT2, CT6, CT7
Sistema de evaluación en escenario 1: normalidad adaptadaç
La calificación del estudiante es un promedio ponderado del rendimiento obtenido en a) el examen (obligatorio) 50%, b) el trabajo en equipo (obligatorio) 25%, c) la entrega de ejercicios en el aula de informática (20%) y d) la participación activa (resolución de ejercicios en pizarra o oralmente) en clases expositivas y seminarios (5%). El examen final es complementario a la evaluación continua, formada por los apartados b), c) y d).
Para tener en cuenta las puntuaciones obtenidas en los apartados b), c) y d) en la calificación final, será necesario alcanzar una calificación mínima del 35% en el examen (teoría).
Se considerará como No Presentado aquel alumno que no haya realizado ni el examen ni el trabajo en equipo. En el caso de no superar la materia en la primera oportunidad, el estudiante será nuevamente evaluado del apartado a) en la segunda oportunidad y se mantendrían las notas de los demás apartados. El alumno que se examine en la segunda oportunidad y no hubiese entregado el trabajo en equipo podrá realizar un trabajo individual de temática similar indicado por el equipo docente.
En caso de realización fraudulenta de cualquier actividad evaluable, será de aplicación el establecido en la “ Normativa de evaluación del rendimiento académico dos estudiantes y de revisión das calificaciones”
Las competencias son evaluadas en los siguientes apartados:
• Tutoría grupal (incluye trabajo en equipo): CT2, CT6, CT7
• Participación en el aula: CT1, CT2, CT8,
• Ejercicios aula de informática : CT1, CT6, CT8, CE6
• Examen final: CT6, CT8, CE6 CE6
La materia tiene una carga de trabajo equivalente a 4,5 ECTS que se reparten de la forma que se señala en la tabla . La carga total de trabajo es de 112,5 horas implica que cada ECTS suponga 25 horas de trabajo del alumno.
Distribución de la actividad formativa en horas de trabajo.
Actividad__________________Trabajo en el aula____________Trabajo personal
Clases expositivas ___________20__________________34
Seminarios___________________5___________________10
Aula de informática_______________12_________________15
Tutoría grupo________________1,0___________________6
Tutorías individualizadas______0,5___________________2
Examen y revisión_____________2___________________5.
TOTAL___________________40,5____________________72
Se recomienda la asistencia y participación activa en el aula y hacer uso del Campus Virtual (entorno Moodle) para seguir el contenido de la materia y para facilitar la comunicación entre el profesor y los alumnos.
La materia será impartida en gallego, pero se usará bibliografía en inglés para la realización de trabajos
PLAN DE CONTINGENCIA
METODOLOGÍA DE ENSEÑANZA
Escenario 2: Distanciamiento social (restricciones parciales a la presencialidad física)
Clases expositivas síncronas vía MS Teams en el horario establecido para la materia en el calendario oficial de curso . Uso de tests (p. ej. aplicación Socrative o Kahoot ) online para promover la participación activa.
Clases interactivas de seminario : presenciales, tendrán lugar en el aula
Clases de aula de informática : presenciales, tendrán lugar en el aula
Tutoría grupal síncrona veía MS Teams
Tutorías individuales síncronas vía MS Teams
Escenario 3: Cierre das instalaciones
Clases expositivas e interactivas de seminario síncronas vía MS Teams en el horario establecido para la materia en el calendario oficial de curso . Uso de tests (p. ej. aplicación Socrative o Kahoot ) online para promover la participación activa.
Clases de aula de informática : síncronas veía MS Teams. Se solicitará un acceso VPN al software Matlab/Simulink para el uso de los alumnos desde casa
Tutoría grupal síncrona vía MS Teams
Tutorías individuales síncronas vía MS Teams
Se recomienda disponer de un ordenador con cámara para poder seguir las clases telemáticas.
SISTEMA DE EVALUACIÓN
El sistema de evaluación se mantendrá con independencia del escenario en el que se desarrolle el cuatrimestre. Las actividades de evaluación se realizarán en el aula o mediante medios telemáticos, según se establezca por las instrucciones de esta universidad.
Miguel Mauricio Iglesias
Coordinador/a- Departamento
- Ingeniería Química
- Área
- Ingeniería Química
- Teléfono
- 881816800
- Correo electrónico
- miguel.mauricio [at] usc.es
- Categoría
- Profesor/a: Profesor Ayudante Doctor LOU
| Lunes | |||
|---|---|---|---|
| 11:00-13:00 | Grupo /CLE_01 | Gallego | Aula de informática 1. Rosalind Franklin |
| Jueves | |||
| 16:00-17:00 | Grupo /CLIL_01 | Gallego | Aula de informática 1. Rosalind Franklin |
| 22.12.2021 10:00-14:00 | Grupo /CLE_01 | Aula 12.Vasili Dokucháyev |
| 20.06.2022 10:00-14:00 | Grupo /CLE_01 | Aula 12.Vasili Dokucháyev |