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8/17/2019 Contenido Instrumentacion Industrial
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FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA MECÁNICA
PLANEACIÓN DEL CONTENIDO DE CURSO
1. IDENTIFICACIÓN DEL CURSO
NOMBRE : INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIALCÓDIGO : 71666SEMESTRE : NOVENO
NUMERO DE CRÉDITOS : 2PRERREQUISITOS : 71602HORAS PRESENCIALES
SEMESTRALES (HPS)HORAS INDEPENDIENTES SEMESTRALES (HIS)
: 48
: 48
ÁREA DE FORMACIÓN : ROBÓTICA, AUTOMATIZACIÓN Y CONTROLTIPO DE CURSO : PRESENCIALFECHA DE ACTUALIZACIÓN : AGOSTO - 2015
2. DESCRIPCIÓN
El curso presenta los fundamentos de los diferentes tipos de instrumentos utilizados en la industriapara medir y poder controlar variables en procesos. El curso incluye el principio físico y análisismatemático en el cual se basan los instrumentos para medir temperatura, velocidad, caudal,presión y nivel, principalmente; así como su selección dependiendo de las condiciones de trabajo yaplicación. Se incluye en el contenido la simbología de los instrumentos de acuerdo con lanormativa internacional, y ejemplos de esquemas de procesos. Se continúa con el estudio de lasválvulas dada su importancia como elementos finales de control. Los tipos de error, teoría del error,
análisis de incertidumbre y el tratamiento estadístico de la calibración de instrumentos sonincluidos. Como componente práctico, el curso incluye el desarrollo de un proyecto integrador en elcual se construye un sistema de medición sencillo (análogo o digital) usando un microcontrolador.El curso finaliza con los fundamentos del análisis dinámico de los instrumentos de orden cero,primer orden y segundo orden, como enlace al siguiente curso de Control. La unidad de los
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primer orden y segundo orden, como enlace al siguiente curso de Control. La unidad de los
5. COMPETENCIA GENERAL DEL CURSO
6. DISTRIBUCIÓN DE LAS EVALUACIONES
FACTOR PESO (%) CONTENIDO
Examen parcial 30 Lo visto hasta el 17 de marzo del 2016.
Segunda nota 40Proyecto integrador (30%), Tareas y Quices (10%)
Examen final 30 Todo lo visto en el curso
Se aclara que debido a la naturaleza presencial del Programa de Ingeniería Mecánica, la asistenciaa las clases es obligatoria de acuerdo con las políticas de la Universidad. Se prohíbe el uso decelulares durante el desarrollo de la clase. Se prohíbe la divulgación de material académico creado
o Distinguir los diferentes tipos de instrumentos usados en la industria.
o Identificar los componentes de un sistema de medición.o Seleccionar el tipo de instrumento con base en las condiciones de proceso.o Identificar instrumentos en un diagrama P&ID de un proceso.o Elaborar un diagrama P&ID.o Calcular el error de un instrumento.o Determinar la curva de un instrumento y utilizarla para predecir una lectura.o Diseñar un sistema de medición utilizando componentes electrónicos de adquisición local.o Dimensionar una válvula para su selección de acuerdo a la aplicación.o Analizar la respuesta de un sistema dinámico de primer y segundo orden.o Programar la salida de un instrumento análogo o digital en Arduino, C++, Matlab o LabVIEW.
calibración a una confiabilidad dada.o
Estimar el error de diseño en un instrumento.o Distinguir los tipos de válvulas existentes en la industria.o Predecir el comportamiento de un instrumento con base en el modelo dinámico del mismo.o Identificar las principales marcas de instrumentos disponibles en Colombia.o Entender los fundamentos de la instrumentación virtual.
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8. FORMATO DE CONTENIDO DE CURSO UNIDAD 1: GENERALIDADES TIEMPO: 3 horas Lecturas obligatorias y sugeridas: [1] Capítulo 1: 1.1, 1.2. [2] Capítulo 1 (Excepto 1.3.3).
COMPETENCIA CONTENIDOS ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS INDICADORES DE LOGROS ESTRATEGIAS EVALUATIVAS o Distinguir los
componentes de unsistema general de
medición.o Distinguir los diferentes
tipos de instrumentos máscomunes en la industria.
o Distinguir la terminologíautilizada para describir lascaracterísticas deoperación de uninstrumento.
1.1 Sistema de medición1.2 Terminología: Alcance, Error,
Rango de medida,
Incertidumbre, Precisión,Exactitud, Zona muerta,Sensibilidad, Histéresis,Elevación de cero,Supresión de cero,Fiabilidad, Ruido, Linealidad
1.3 Clases de Instrumentos:Ciegos, Indicadores,Registradores,Transductores, Primarios,Convertidores, Receptores,Controladores, Finales decontrol
o Exposición en clase porparte del docente.
o Investigación bibliográfica o
en internet de temas porparte de los alumnos, enequipo.
o Discusión en clase de uncaso específico.
o Lectura obligatoria por partedel estudiante en los textossugeridos paracomplementar los conceptospresentados.
o Identifica rango y zona demedida de un instrumento.
o Sabe estimar la
sensibilidad de untransductor.
o Distingue la diferenciaentre exactitud y precisiónen la operación de uninstrumento.
o Representa gráficamentelas características deoperación de uninstrumento.
o Quiz al finalizar la unidad.o Considerar las tareas de
investigación asignadas.o Considerar las participaciones
en clase de los alumnos.o Considerar la participación en
las discusiones grupales delas tareas del temaasignadas.
UNIDAD 2: FUNDAMENTOS DE LOS SISTEMAS DE MEDICIÓN TIEMPO: 3 horas Lecturas obligatorias y sugeridas: [1] Capítulo 6: 6.6, 6.7, 6.8; Capítulo 7: 7.1, 7.2, 7.3, 7.5, 7.6, 7.7, 7.9. [5] Capítulo 17: 17.1, 17.2, 17.3 (Sin inclui r 17.3.1, 17.3.2,17.3.3), 17.3.4,
COMPETENCIA CONTENIDOS ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS INDICADORES DE LOGROS ESTRATEGIAS EVALUATIVAS
o Distinguir los diferentesmicrocontroladoresdisponibles en lossistemas de adquisiciónde datos.
o Distinguir las diferenciasentre la comunicacióndigital y la análoga.
o Sabe integrar y cotizar unsistema de adquisición dedatos
2.1 Generalidades de lossistemas de adquisición dedatos DAQ´s
2.2 Microcontroladores2.3 Sensores y transducción2.4 Sensores resistivos y
sensores capacitivos2.5 Señales análoga y digital2.6 Acondicionamiento y filtrado
de señal2.7 Lenguajes de programación2.8 Comunicación serial y
paralela2.9 Errores en la conversión
análogo-digital2.10 Frecuencia de Nyquist y
selección delmicrocontrolador
2.11 Diseño de sistemas demedición
o Exposición en clase porparte del docente.
o Investigación bibliográfica oen internet de temas porparte de los alumnos, enequipo.
o Elaboración de ejercicios enclase, individual o en equipo.
o Exposición en clase porparte de los alumnos.
o Discusión en clase de uncaso específico o proyectoasignado.
o Asignación de un proyectointegrador.
o Lectura obligatoria por partedel estudiante en los textossugeridos paracomplementar los conceptospresentados.
o Distingue los componentesde un microcontrolador.
o Sabe la diferencia entra lasdiferentes etapas de unsistema de medición.
o Sabe la diferencia entre lostipos de comunicacióndigital a través puertosseriales y paralelos.
o Entiende un sistema demedición existente.
o Sabe escoger unmicrocontroladordependiendo del sensor yde la aplicación.
o Diseña un sistema demedición de bajaresolución.
o Sabe diseñar un filtro deacondicionamiento deseñal.
o Quiz al finalizar la unidad.o Considerar las tareas de
investigación asignadas.o Considerar las participaciones
en clase de los alumnos.o Considerar la participación en
las discusiones grupales delas tareas del temaasignadas.
o Considerar el funcionamientoy diseño del proyectointegrador.
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UNIDAD 3: INSTRUMENTOS PARA MEDIR TEMPERATURA TIEMPO: 3 horas Lecturas obligatorias y sugeridas: [1] Capítulo 8: 8.1, 8.2, 8.3, 8.4, 8.5. [2] Capítulo 6: 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5, 6.6, 6.7, 6.8
COMPETENCIA CONTENIDOS ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS INDICADORES DE LOGROS ESTRATEGIAS EVALUATIVAS
o Distinguir los instrumentospara medir temperatura,comúnmente utilizados en
la industria y loslaboratorios.o Entender el principio físico
de los instrumentos demedición de temperaturapor resistencia eléctrica.
o Entender las leyes de latermoelectricidad.
o Utilizar las leyes de latermoelectricidad parapredecir la temperaturaregistrada por untermopar.
3.1 Definición, unidades yescalas de temperatura
3.2 Termometría basada en
expansión térmica:Termómetros bimetálicos yde fluido en vidrio
3.3 Termometría basada enresistencia eléctrica: Arreglode Wheatstone y termistores
3.4 Termometría basada entermoelectricidad: Leyes delos termopares
3.5 Tipos y clasificación determopares
o Exposición en clase porparte del docente.
o Investigación bibliográfica o
en internet de temas porparte de los alumnos, enequipo.
o Elaboración de ejercicios enclase, individual o en equipo.
o Exposición en clase porparte de los alumnos.
o Discusión en clase de uncaso específico.
o Lectura obligatoria por partedel estudiante en los textossugeridos paracomplementar los conceptospresentados.
o Diferencia los tresprincipios básicos (máscomúnmente utilizados)
para medición detemperatura.o Diferencia entre
instrumentos para medirtemperatura de laboratoriode uno utilizado en laindustria.
o Sabe utilizar las tablas delos termopares parainterpolar valores detemperatura de acuerdo alvalor del voltaje registrado.
o Sabe seleccionar untermopar ó un termistor
para medir temperaturadependiendo del rango detemperaturas de operacióny del ambiente de trabajo.
o Quiz al finalizar la unidad.o Considerar las tareas de
investigación asignadas.
o Considerar las participacionesen clase de los alumnos.o Considerar la participación en
las discusiones grupales delas tareas del temaasignadas.
UNIDAD 4: INSTRUMENTOS PARA MEDIR PRESIÓN TIEMPO: 3 horas Lecturas obligatorias y sugeridas: [1] Capítulo 9: 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5, 9.6. [2] Capítulo 3: 3.1, 3.2.
COMPETENCIA CONTENIDOS ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS INDICADORES DE LOGROS ESTRATEGIAS EVALUATIVAS
o Distinguir los instrumentospara medir presión,comúnmente utilizados en
la industria y loslaboratorios.o Entender el principio físico
de los transductores depresión.
4.1 Definición, unidades yescalas
4.2 Instrumentos de referencia:
Barómetro, McLeod,manómetro, calibradores depeso muerto
4.3 Transductores de presión:Tubo Bourdon, diafragma,fuelle
4.4 Sensor capacitivo para lamedición de presión
4.5 Sensor transductorpiezoeléctrico para lamedición de presión
4.6 Medición de presión enfluidos en movimiento
o Exposición en clase porparte del docente.
o Investigación bibliográfica o
en internet de temas porparte de los alumnos, enequipo.
o Exposición en clase porparte de los alumnos.
o Elaboración de ejercicios enclase, individual o en equipo.
o Discusión en clase de uncaso específico.
o Lectura obligatoria por partedel estudiante en los textossugeridos paracomplementar los conceptospresentados.
o Sabe aplicar la ecuaciónde Bernoulli a uninstrumento de medición
de presión.o Sabe seleccionar un
instrumento para medirpresión de fluidos enmovimiento.
o Sabe seleccionar uninstrumento de medirpresión dependiendo deltipo de fluido y el rango deoperación.
o Diferencia un instrumentopatrón de medición depresión de uno utilizado encampo.
o Quiz al finalizar la unidad.o Considerar las tareas de
investigación asignadas.
o Considerar las participacionesen clase de los alumnos.o Considerar la participación en
las discusiones grupales delas tareas del temaasignadas.
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UNIDAD 5: INSTRUMENTOS PARA MEDIR CAUDAL Y VELOCIDAD EN FLUIDOS TIEMPO: 3 horas Lecturas obligatorias y sugeridas: [1] Capítulo 9: 9.9; Capítulo 10: 10.1, 10.2, 10.5, 10.6 (Tránsito y ultrasónicos), 10.7. [2] Capítulo 4: 4.1, 4.2.4.
COMPETENCIA CONTENIDOS ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS INDICADORES DE LOGROS ESTRATEGIAS EVALUATIVAS
o Distinguir loscaudalímetroscomúnmente utilizados enla industria.
o Entender el principio deoperación de un medidorde caudal ultrasónico.
o Distinguir los instrumentosde medición de velocidadde fluidos.
5.1 Medición de caudal mediantedeterminación de velocidad:Vertederos, turbinas
5.2 Medición de caudal mediante
presión diferencial: Principio,medidores de orificio,Venturi, tubo Pitot, tubo Annubar
5.3 Medidor másico de Coriolis5.4 Medidores ultrasónicos5.5 Medición de velocidad de
fluidos: Anemómetro térmico,anemómetro Doppler, Pitot
o Exposición en clase porparte del docente.
o Investigación bibliográfica oen internet de temas por
parte de los alumnos, enequipo.o Exposición en clase por
parte de los alumnos.o Elaboración de ejercicios en
clase, en equipo.o Discusión en clase de un
caso específico.o Lectura obligatoria por parte
del estudiante en los textossugeridos paracomplementar los conceptospresentados.
o Sabe seleccionar uncaudalímetro dependiendode las condiciones deoperación y tipo de fluido.
o Selecciona el instrumentoadecuado de medición develocidad dependiendo delfluido y condiciones deoperación.
o Quiz al finalizar la unidad.o Considerar las tareas de
investigación asignadas.o Considerar las participaciones
en clase de los alumnos.o Considerar la participación en
las discusiones grupales delas tareas del temaasignadas.
UNIDAD 6: INSTRUMENTOS PARA MEDICIÓN DE NIVEL Lecturas obligatorias y sugeridas: [2] Capítulo 5.
TIEMPO: 3 horas
COMPETENCIA CONTENIDOS ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS INDICADORES DE LOGROS ESTRATEGIAS EVALUATIVAS
o Distinguir los tipos demedidores de nivelcomúnmente utilizados enla industria.
o Entender el principio deoperación de un medidorde nivel.
6.1 Medición de nivel directa6.2 Medición de nivel basado en
presión hidrostática6.3 Medición de nivel basado en
las características eléctricasdel líquido
6.4 Medición de nivel conultrasonido, microondas y
láser6.5 Sensores capacitivos yresistivos para medición denivel
o Exposición en clase porparte del docente.
o Investigación bibliográfica oen internet de temas porparte de los alumnos, enequipo.
o Exposición en clase porparte de los alumnos.
o
Elaboración de ejercicios enclase, en equipo.o Discusión en clase de un
caso específico.o Lectura obligatoria por parte
del estudiante en los textossugeridos paracomplementar los conceptospresentados.
o Sabe seleccionar unmedidor de niveldependiendo de lascondiciones de operación ytipo de fluido.
o Quiz al finalizar la unidad.o Considerar las tareas de
investigación asignadas.o Considerar las participaciones
en clase de los alumnos.o Considerar la participación en
las discusiones grupales delas tareas del tema
asignadas.
UNIDAD 7: DIAGRAMACIÓN INDUSTRIAL P&ID Y NORMATIVIDAD DE CALIDAD APLICADA A LA INSTRUMENTACIÓN TIEMPO: 3 horas Lecturas obligatorias y sugeridas: [2] Capítulo 1: 1.3.3; Capítulo 10: 10.8; Capítulo 11.
COMPETENCIA CONTENIDOS ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS INDICADORES DE LOGROS ESTRATEGIAS EVALUATIVAS o Identificar la norma 7.1 Tipos de señales y sus o Exposición en clase por o Describe el t ipo de o Quiz al finalizar la unidad.
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calibración estática de uninstrumento.
o Relacionar el nivel deconfiabilidad en elproceso de calibraciónestática de uninstrumento.
o Entender las principales
consideraciones en eldiseño de un experimentode calibración estática.
9.4 Errores de los instrumentos9.5 Calibración estática y análisis
de regresión por el métodode los mínimos cuadrados
9.6 Distribución t-Student yniveles de confidencia
9.7 Estimación del valorverdadero de una medida
9.8 Detectando medidas extrañasen un conjunto de medidas9.9 Número mínimo de medidas
requerido y confidencia
o Elaboración de ejercicios enclase, individual o en equipo.
o Exposición en clase porparte de los alumnos.
o Discusión en clase de uncaso específico.
o Lectura obligatoria por partedel estudiante en los textos
sugeridos paracomplementar los conceptospresentados.
o Determina si hay error cerocon base en la curva decalibración.
o Estima el valor puntualverdadero de una medida.
o Estima el valor rangoverdadero de una medida.
o Descarta datos extraños
en un conjunto de datosdados de un experimentode calibración.
o Propone el número mínimode mediciones necesariasen un experimento decalibración con base en laconfidencia deseada.
las discusiones grupales delas tareas del temaasignadas.
UNIDAD 10: ANÁLISIS DE INCERTIDUMBRE TIEMPO: 3 horas Lecturas obligatorias y sugeridas: [1] Capítulo 5: 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5. [4] Capítulo 3: 3.1, 3.2, 3.4, 3.6.
COMPETENCIA CONTENIDOS ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS INDICADORES DE LOGROS ESTRATEGIAS EVALUATIVAS o Conocer las normas
internacionales que rigenel estudio de laincertidumbre.
o Identificar las fuentes deerrores en uninstrumento o sistema demedición.
o Entender el principio deanálisis de incertidumbreen un sistema demúltiples mediciones.
10.1 Diferencia entre error eincertidumbre
10.2 Normas ISO y ANSI paraestudio de la incertidumbre
10.3 Fuente de errores en unsistema de medición
10.4 Incertidumbres aleatoria ysistemática
10.5 Incertidumbre de diseño deun instrumento
10.6 Propagación del error encálculos numéricos
o Exposición en clase porparte del docente.
o Creación de un modelosimplificado de unmanipulador en clase con laparticipación activa de losalumnos.
o Investigación bibliográfica oen internet de temas porparte de los alumnos,individual.
o Elaboración de ejercicios en
clase, en equipo.o Exposición en clase por
parte de los alumnos.o Discusión en clase de un
caso específico.o Lectura obligatoria por parte
del estudiante en los textossugeridos paracomplementar los conceptospresentados.
o Distingue con suficiencia ladiferencia entre error eincertidumbre.
o Identifica el efecto de lasincertidumbres aleatoria ysistémica en el valormedido.
o Relaciona lasincertidumbres presentesen la estimación de laincertidumbre total de uninstrumento o sistema de
medición.o Calcula la incertidumbre de
diseño de un instrumento.o Distingue la incertidumbres
de orden cero, orden uno yorden dos.
o Quiz al finalizar la unidad.o Considerar las tareas de
investigación asignadas.o Considerar las participaciones
en clase de los alumnos.o Considerar la participación en
las discusiones grupales delas tareas del temaasignadas.
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UNIDAD 11: COMPORTAMIENTO DINÁMICO DE INSTRUMENTOS TIEMPO: 6 horas Lecturas obligatorias y sugeridas: [1] Capítulo 3: 3.1, 3.2, 3.3. [5] Capítulo 12: 12.1, 12.2, 12.3, 12.4, 12.5.
COMPETENCIA CONTENIDOS ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS INDICADORES DE LOGROS ESTRATEGIAS EVALUATIVAS
o Identificar el orden de unsistema dependiendo dela ecuación dinámica.
o Calcular la constante de
tiempo de un sistema deprimer orden.o Diseñar un instrumento
dependiendo de lascaracterísticas deoperación deseadas.
o Utilizar Matlab paravisualizar elcomportamiento de unsistema.
11.1 Instrumento de orden cero11.2 Sensit ividad estática del
instrumento de orden cero11.3 Instrumento de primer orden
11.4 Constante de tiempo yvelocidad de respuesta deun instrumento de primerorden
11.5 Estados transitorio y establedel instrumento de primerorden.
11.6 Instrumento de segundoorden
11.7 Masa, rigidez yamortiguamientoequivalentes de uninstrumento de segundoorden
11.8 Frecuencias natural yamortiguada
11.9 Subamortiguamiento,sobreamortiguamiento yamortiguamiento crítico
11.10 Respuesta de uninstrumento de segundoorden a la entrada escalón:estados transitorio yestable
11.11 Tiempo de levantamiento,tiempo de asentamiento,sobrepaso máximo, tiempo
pico, tiempo de retardo
o Exposición en clase porparte del docente de lainvestigación bibliográfica.
o Discusión en clase de un
caso específico.o Investigación bibliográfica o
en internet de temas porparte de los alumnos,individual.
o Elaboración de ejercicios enclase, en equipo.
o Exposición en clase porparte de los alumnos.
o Discusión en clase de uncaso específico.
o Lectura obligatoria por partedel estudiante en los textos
sugeridos paracomplementar los conceptospresentados.
o Identifica que instrumentotiene una velocidad derespuesta más alta.
o Halla la ecuación dinámica
de un instrumento.o Predice el comportamiento
aproximado delinstrumento con base en laecuación diferencial delmismo.
o Soluciona la ecuacióndiferencial dinámica delinstrumento.
o Identifica el tipo de sistemade segundo ordendependiendo de losvalores de masa, rigidez yamortiguamientoequivalentes.
o Quiz al finalizar la unidad.o Considerar las tareas de
investigación asignadas.o Considerar las tareas de
programación asignadas.o Considerar las participaciones
en clase de los alumnos.o Considerar la participación en
las discusiones grupales delas tareas del temaasignadas.
UNIDAD DE DESARROLLO PROPIO: INTRODUCCIÓN A LA INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL TIEMPO APROXIMADO: Entre 3 y 6 horas Lecturas obligatorias y sugeridas: [6] Capítulo 1: 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6; Capítulo 2: 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.10; Capítulo 7: 7.1, 7.2, 7.6; Capítulo 13.
COMPETENCIA CONTENIDOS ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS INDICADORES DE LOGROS ESTRATEGIAS EVALUATIVAS
o Distinguir las ventajasentre instrumentosvirtuales y tradicionales.
o Distinguir los softwaresdisponibles parainstrumentación virtual.
o Diseñar una interfazsencilla en LabVIEW.
12.1 Instrumentación virtual12.2 Instrumentos virtuales
versus instrumentostradicionales
12.3 Softwares deinstrumentación virtual:
EPICS y LabVIEW12.4 Introducción a LabVIEW,
o Exposición en clase porparte del docente.
o Investigación bibliográfica oen internet de temas porparte de los alumnos, enequipo.
o Exposición en clase porparte de los alumnos.
o Sabe seleccionar elhardware requerido para lahabilitación de lainstrumentación virtual.
o Describe las propiedadesde un archivo tipo VI.
o Describe las propiedadesde un archivo tipo subVI.
o Quiz al finalizar la unidad.o Considerar las tareas de
investigación asignadas.o Considerar las participaciones
en clase de los alumnos.o Considerar la participación en
las discusiones grupales delas tareas del tema
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entorno gráfico deadquisición de datos
12.5 Hardware requerido parala implementación de lainstrumentación virtual
12.6 Entorno de LabVIEW12.7 Estructuras y comandos
en LabView
12.8 Interfaz en LabVIEW12.9 Ejemplos básicos deprogramas de LabVIEW
12.10 Gráficos en LabVIEW
o Elaboración de ejercicios enclase, en equipo.
o Discusión en clase de uncaso específico.
o Lectura obligatoria por partedel estudiante en los textossugeridos paracomplementar los conceptos
presentados.o Presentación en clase de unsistema de adquisición dedatos con instrumentaciónvirtual.
o Grafica variables enLabVIEW.
asignadas.