Créditos ECTS Créditos ECTS: 4.5
Horas ECTS Criterios/Memorias Traballo do Alumno/a ECTS: 74.25 Horas de Titorías: 2.25 Clase Expositiva: 18 Clase Interactiva: 18 Total: 112.5
Linguas de uso Castelán, Galego
Tipo: Materia Ordinaria Grao RD 1393/2007 - 822/2021
Departamentos: Enxeñaría Química
Áreas: Enxeñaría Química
Centro Facultade de Bioloxía
Convocatoria: Primeiro semestre
Docencia: Sen docencia (Extinguida)
Matrícula: Non matriculable
Os procesos biotecnolóxicos comparten coa maioría de sistemas biolóxicos a necesidade de operar en condicións determinadas de pH, temperatura, concentración de substrato e/ou produtos. Manter as condicións desexadas no tempo malia a intervención de perturbacións é o obxectivo do control de bioprocesos na industria, que ten a súa contrapartida nos sistema biolóxicos na homeostase. Nesta materia trátanse de forma paralela a dinámica dos bioprocesos industriais e exemplos en microbioloxía e biomedicina cunha perspectiva eminentemente práctica. Usarase o simulador de procesos para facilitar a realización de experimentos en ordenador e promover a aprendizaxe indutiva, permitindo así prescindir dunha boa parte dos contidos matemáticos cubertos polos manuais de control de procesos. Concretamente, esta materia ten como obxectivo que o alumnado sexa capaz de:
- Resolver problemas básicos relacionados co modelado e dinámica de procesos
- Aplicar e caracterizar os biosensores
- Identificar e modificar diversas estratexias de control en función do proceso considerado.
- Identificar e enumerar os diferentes elementos de control necesarios para monitorizar as variables básicas nos procesos biotecnolóxicos industriais.
-Distinguir os elementos das válvulas e sistemas de control
Os contidos descritos na memoria do título son: Instrumentación: sensores, transmisores e controladores; válvulas de control: características e elementos; biosensores: aplicación e integración en procesos biotecnolóxicos; control en lazo aberto e feedback: lazos de control máis frecuentes; dinámica de procesos e modelización, incluíndo resolución de problemas e uso de software específico para simulación e control. Estes contidos se articulan nos seguintes temas:
Tema 1 - Introdución
Expositivas: A necesidade do control nos procesos biotecnolóxicos e nos sistemas biolóxicos. As dificultades de monitorización e utilidade dos biosensores.
Aula de informática: Introdución a Matlab/Simulink para a simulación dinámica
2h Exp + 1h Inf
Tema 2 - Comportamento dinámico dos bioprocesos
Expositivas: Representación de modelos dinámicos dos procesos biolóxicos. Sistemas simples en estado estacionario e transitorio. Análise da resposta dinámica a cambios externos. Retardo. Estabilidade e oscilacións.
Seminario: Estudo matemático das respostas dinámicas
Aula de informática: Simulación dinámica en Matlab/Simulink de diversos procesos biotecnolóxicos (produción de PHA, cultivo de S. cerevisiae e de células de mamífero...) e sistemas biolóxicos (glucosa/insulina, predador/presa en biorreactor...)
6h Exp + 2h Sem + 3h Inf
Tema 3 - Técnicas de control de bioprocesos
Expositivas: Control en lazo aberto e lazo pechado. Retroalimentación (feedback) e control anticipativo (feedforward). Estratexias de control: on/off, proporcional e integral. Control en cascada. O problema do retardo no control de bioprocesos. Sintonizado.
Control nos procesos biolóxicos: homeostase. O oscilador de Goodwin.
Seminario: Métodos de sintonizado de controladores.
Aula de informática: Aplicación de estratexias de control aos sistemas estudados no 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: Compoñentes principais do sistema de control: sensores e actuadores (bombas e válvulas). Monitorización da actividade biolóxica mediante métodos online, in-line, at-line e offline. Relación co control de procesos.
Seminario: Os compoñentes de monitorización e control automático da glucemia
Aula de informática: Simulación dos elementos de instrumentación e impacto na eficacia do control
2h Exp + 1h Sem + 1h Inf
Tema 5 - Biosensores en control e monitorización de bioprocesos
Expositivas: Elementos de biosensores (transdutor, receptor, analito). Definición e tipos de biosensores: enzimáticos, microbianos, inmunosensores). Uso en procesos da industria biotecnolóxica
Seminario: Selección de biosensores para bioprocesos industriais
Aula de informática: Simulación de biosensores integrados en procesos biotecnolóxicos
4h Exp + 1h Sem + 1h Inf
Bibliografía básica
Dochain, D. (ed.) 2008. Bioprocess control [en liña]. 1st ed. Hoboken: Wiley. Dispoñible en: https://onlinelibrary-wiley-com.ezbusc.usc.gal/doi/pdf/10.1002/97804706…
Bibliografía complementaria
Gòdia, F. López, J. 2010. Ingeniería bioquímica [en liña]. Madrid: Síntesis. Dispoñible en: https://prelo.usc.es/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 [en liña]. Ch. 15. Dispoñible en:
https://onlinelibrary-wiley-com.ezbusc.usc.gal/doi/book/10.1002/9783527…
Larroche, C., Sanromán, M.Á., Du, G. Pandey, A. (ed.) 2016. Current developments in biotechnology and bioengineering. Bioprocesses, bioreactors and controls [en liña]. 1st ed. Amsterdam: Elsevier. Ch. 16-26. Dispoñible 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 [en liña]. Ch. 14. Dispoñible en:
https://onlinelibrary-wiley-com.ezbusc.usc.gal/doi/book/10.1002/9783527…
Competencias específicas
- CE6: Ser capaz de analizar e deseñar procesos industriais biotecnolóxicos e aplicalos á mellora de produtos.
Competencias transversais
- CT1: Pensar de forma integrada e abordar os problemas dende diferentes perspectivas
- CT2: Buscar, procesar, analizar e sintetizar información procedente de diversas fontes
- CT6: Razoar criticamente
- CT7: Manter un compromiso ético
- CT8: Adaptación a novas situacións (resiliencia)
A metodoloxía desta materia trata de prescindir da maior parte dos contidos matemáticos que caracterizan o ensino de control de procesos e sistemas dinámicos. Procúrase, en cambio, transmitir dun xeito intuitivo e práctico como se comportan dinamicamente os sistemas biolóxicos e os bioprocesos industriais e como, a partir destas respostas dinámicas deseñar as estratexias de control e monitorización.
Metodoloxía en escenario 1:normalidade adaptada
As clases expositivas consistirán en clases maxistrais combinadas con pequenos tests para favorecer a participación activa.
As sesións interactivas de seminario centraranse na realización de exercicios por parte dos alumnos para profundar nos conceptos vistos nas sesións expositivas.
Nas sesións en aula de informática usarase o software Matlab/Simulink para a simulación dinámica de bioprocesos e sistemas biolóxicos escollidos. Os modelos de simulación, implementados en Simulink, serán proporcionados polo profesor para seren usados na realización de experimentos virtuais, no deseño e test de controladores e na aplicación de estratexias de monitorización. O software Matlab/Simulink pode ser instalado libremente nos ordenadores persoais conectados á rede USC mediante acceso á licencia campus.
A titoría de grupo será dedicadas a presentar un traballo en equipo sobre o deseño de control dun sistema dinámico que será exposto nunha sesión de clase expositiva. A asistencia as clases en aula de informática e á titoría de grupo é obrigatoria.
Utilizarase a aplicación Moodle (Campus Virtual), como ferramenta de comunicación cos alumnos ofrecendo información da programación docente ao longo do curso na aula e materiais complementarios para o estudo da materia (apuntamentos do profesor así como artigos científico-técnicos) fomentando o estudo autónomo do estudante e o manexo de fontes bibliográficas en inglés.
As competencias a alcanzar con cada actividade son:
Actividade_____________________________________Competencias
Expositiva_____________________________________ CT2, CT6, CE6
Interactiva de seminario___________________________ CT1, CT6, CT8,
Aula de informática_______________________________ CT1, CT6, CT8, CE6
Titoría grupal (incluíndo traballo en equipo) ____________ CT2, CT6, CT7
Avaliación en escenario 1:normalidade adaptada
A cualificación do estudante é unha media ponderada do rendemento obtido en a) o exame (obrigatorio) 50%, b) o traballos en equipo (obrigatorio) 25%, c) a entrega de exercicios na aula de informática (20%) e d) a participación activa (resolución de exercicios na pizarra ou oralmente) en clases expositivas e seminarios (5%). O exame final é complementario á avaliación continua, formada polos apartados b), c) e d).
Para ter en conta as puntuacións obtidas nos apartados b), c) e d) na cualificación final, será necesario alcanzar unha cualificación mínima do 35% no exame (teoría).
Considerarase como Non Presentado aquel alumno que non realizase o exame nin o traballo en equipo. No caso de non superar a materia na primeira oportunidade, o estudante será novamente avaliado do apartado a) na segunda oportunidade e manteríanselle as notas dos demais apartados. O alumno que se examine na segunda oportunidade e non entregase o traballo en equipo poderá entregar un traballo individual de temática similar indicado polo equipo docente.
En caso de realización fraudulenta de calquera actividade avaliable, será de aplicación o establecido na “Normativa de avaliación do rendemento académico dous estudantes e de revisión dás cualificacións”
As competencias son avaliadas nos seguintes apartados:
• Titoría grupal (inclúe traballo en equipo): CT2, CT6, CT7
• Participación na aula: CT1, CT2, CT8,
• Exercicios aula de informática: CT1, CT6, CT8, CE6
• Exame final: CT6, CT8, CE6
A materia ten unha carga de traballo equivalente a 4,5 ECTS que se reparten da forma que se sinala na táboa. A carga total de traballo é de 112,5 horas implica que cada ECTS supoña 25 horas de traballo do alumno.
Distribución da actividade formativa en horas de traballo
Actividade__________________Traballo na aula____________Traballo persoal
Clases expositivas ___________20__________________34
Seminarios___________________5___________________10
Aula de informática_______________12_________________15
Titorías grupo________________1,0___________________6
Titorías individualizadas______0,5___________________2
Exame e revisión_____________2___________________5
TOTAL___________________40,5____________________72
Recoméndase a asistencia e participación activa na aula e facer uso do Campus Virtual (entorno Moodle) para seguir o contido da materia e para facilitar a comunicación entre o profesor e os alumnos.
A materia será impartida en galego, pero usarase bibliografía en inglés para a realización de traballos
PLAN DE CONTINXENCIA
METODOLOXÍA DE ENSINO
Escenario 2: Distanciamento social (restricións parciais á presencialidad física)
Clases expositivas síncronas vía MS Teams no horario establecido para a materia no calendario oficial de curso. Uso de tests (p. ex. aplicación Socrative ou Kahoot) online para promover a participación activa.
Clases interactivas de seminario: presenciais, terán lugar na aula
Clases de aula de informática: presenciais, terán lugar na aula
Tutoría grupal síncrona vía MS Teams
Tutorías individuais síncronas vía MS Teams
Escenario 3: Peche dás instalacións
Clases expositivas e interactivas de seminario síncronas vía MS Teams no horario establecido para a materia no calendario oficial de curso. Uso de tests (p. ex. aplicación Socrative ou Kahoot) online para promover a participación activa.
Clases de aula de informática: síncronas vía MS Teams. Solicitarase un acceso VPN ao software Matlab/Simulink para o uso dos alumnos dende a casa
Tutoría grupal síncrona vía MS Teams
Tutorías individuais síncronas vía MS Teams
Recoméndase dispor dun ordenador con cámara para poder seguir as clases telemáticas.
SISTEMA DE AVALIACIÓN
O sistema de avaliación manterase con independencia do escenario no que se desenvolva o cuadrimestre. As actividades de avaliación realizaranse na aula ou mediante medios telemáticos, segundo sexa establecido polas instrucións desta universidade.
Miguel Mauricio Iglesias
Coordinador/a- Departamento
- Enxeñaría Química
- Área
- Enxeñaría Química
- Teléfono
- 881816800
- Correo electrónico
- miguel.mauricio [at] usc.es
- Categoría
- Profesor/a: Profesor Axudante Doutor LOU
| Luns | |||
|---|---|---|---|
| 11:00-13:00 | Grupo /CLE_01 | Galego | Aula de informática 1. Rosalind Franklin |
| Xoves | |||
| 16:00-17:00 | Grupo /CLIL_01 | Galego | 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 |