Servizi per la didattica
PORTALE DELLA DIDATTICA
05QWAMB
A.A. 2020/21
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Controllo e strumentazione per i processi chimici)
L'insegnamento intende introdurre gli studenti del terzo anno alle problematiche di base del controllo automatico. L'insegnamento parte dallo studio della dinamica dei processi chimici ed alimentari, trattati con i modelli semplificati studiati negli insegnamenti precedenti di fenomeni di trasporto, termodinamica e reattori chimici. Tali modelli vengono quindi risolti analiticamente con strumenti matematici adeguati, quali trasformate di Laplace, e numericamente, utilizzando simulatori dinamici quali Simulink e Matlab. Vengono poi analizzate le logiche di controllo feed-back classiche con particolare attenzione a stabilità e progettazione dei sistemi controllo. Infine vengono brevemente presentate le tecniche di controllo avanzate, la strumentazione industriale (con particolare attenzione all'industria alimentare) e le nozioni di base relative a stesura e lettura di un Piping and Instrumentation Diagram.
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Sicurezza nei processi industriali)
Il modulo di sicurezza verte sui concetti base di prevenzione dei rischi nell'industria di processo. Si presentano sommariamente le norme vigenti, gli obblighi e le relative responsabilità che un Ingegnere dovrà sostenere nel corso della propria carriera. Succesivamente si presentano i concetti di rischio e pericolo, i concetti di rischi chimico e le proprietà pericolose delle sostanze (tossicità, infiammabilità, ecc.) affinchè l'allievo possa valutare i pericoli derivanti dall'uso di prodotti tossici e/o infiammabili al fine di proteggere sia la salubrità dell'ambiente di lavoro che l'ambiente circostante uno stabilimento. Si presentano le principali tipologie di scenari incidentali (esplosioni, incendi, rilasci tossici) e si forniscono gli strumenti metodologici e operativi per valutare pervenirne l'accadimento e minimizzarne l'entità delle conseguenze.
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Controllo e strumentazione per i processi chimici)
This course introduces the addresses the problem of control of dynamic processes. The course focuses at the beginning on the study of the dynamics of chemical and food processes, treated with the simplified models studied in the previous courses of transport phenomena, thermodynamics and chemical reactors. These models are then solved analytically with suitable mathematical tools, such as Laplace transforms, and numerically, using dynamic simulators such as Simulink and Matlab. The classic feed-back control logics are then analyzed, with particular attention to the stability and design of the control systems. Finally, advanced control techniques, industrial instrumentation (with particular attention to the food industry) and the basic notions relating to the drafting and reading of a Piping and Instrumentation Diagram are briefly presented.
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Sicurezza nei processi industriali)
The safety module focuses on the basic concepts of risk prevention in the process industry. The current regulations, the obligations, and the relative responsibilities that an Engineer will have to bear during his career are briefly presented. Subsequently, the concepts of risk and hazard, the concepts of chemical risks and the hazardous properties of the substances (toxicity, flammability, etc.) are presented so that the student can evaluate the hazard deriving from the use of toxic and / or flammable products for the purpose to protect both the health of the working environment and the environment surrounding a factory. The main types of incidental scenarios are presented (explosions, fires, toxic releases) and the methodological and operational tools are provided for evaluating the occurrence and minimizing the extent of the consequences.
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Controllo e strumentazione per i processi chimici)
L'obiettivo principale è lo sviluppo della capacità di progettare e gestire autonomamente sistemi di controllo automatico. In particolare gli allievi acquisiranno le conoscenze e le abilità volte a: - ricavare modelli matematici dettagliati e semplificati per lo studio della dinamica dei processi chimici - simulare il comportamento dinamico dei processi al calcolatore - programmare attività industriali di sperimentazione per l'identificazione parametrica (cioè la determinazione delle costanti e dei parametri che compaiono in tali modelli) - scegliere e progettare il tipo di strumentazione industriale necessaria per il controllo automatico - progettare sistemi di controllo feed-back proporzionali, proporzionali integrali, proporzionali derivativi e proporzionali integrali derivativi - avere familiarità con le tecniche di controllo avanzate (feed-forward, rapporto, auctioneering, ...) - leggere e comprendere un Piping and Instrumentation Diagram
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Sicurezza nei processi industriali)
Conoscenze da acquisire: Concetti di rischio e pericolo e loro quantificazione; Responsabilità e compiti secondo la normativa vigente; Proprietà pericolose delle sostanze e preparati; Tipologie di incidenti industriali. Capacità da conseguire: individuare rischi e pericoli connessi con la presenza di determinate sostanze considerate le condizioni di processo; Stimare le conseguenze di un evento incidentale; Prevenire un incidente industriale; Minimizzare le conseguenze di un incidente industriale approfondire autonomamente argomenti specifici mediante la lettura di testi e pubblicazioni tecnico-scientifiche.
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Controllo e strumentazione per i processi chimici)
The main objective is to develop the ability to independently design and manage automatic control systems. In particular, students will acquire the knowledge and skills aimed at: - obtain detailed and simplified mathematical models for the study of the dynamics of chemical processes - simulate the dynamic behavior of processes by using dynamic simulators - program industrial testing activities for parametric identification (i.e. the determination of the constants and parameters that appear in models) - choose and design the type of industrial equipment necessary for the automatic control - design proportional, proportional integral, proportional derivative and proportional integral derivative feed-back control systems - be familiar with advanced control techniques (feed-forward, report, auctioneering, ...) - read and understand a Piping and Instrumentation Diagram
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Sicurezza nei processi industriali)
Knowledge to acquire: Risk and hazard concepts and their quantification; Responsibilities and duties according to current legislation; Hazardous properties of substances; Types of industrial accidents. Skills to be achieved: identify risks and hazards associated with the presence of certain substances considering the process conditions; Estimate the consequences of an incident; Prevent an industrial accident; Minimize the consequences of an industrial accident Autonomously deepen specific topics by reading technical-scientific texts and publications.
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Controllo e strumentazione per i processi chimici)
Gli studenti potranno proficuamente seguire l'insegnamento solo se sono in grado di: - risolvere equazioni e disequazioni di secondo grado, risolvere integrali e derivate semplici in variabile singola, risolvere equazioni differenziali e sistemi di equazioni differenziali lineari a coefficienti costanti, effettuare studi di funzione in campo reale e semplici calcoli con numeri complessi. - risolvere equazioni di bilancio macroscopiche (in condizioni dinamiche) di materia, energia e quantità di moto - utilizzare i modelli fluidodinamici semplificati di flusso a pistone e perfettamente miscelato ed i modelli cinetici più comuni (ad esempio legge di Arrhenius) - tradurre in equazioni algebriche condizioni di equilibrio termodinamico - utilizzare ambienti di simulazione quali Matlab
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Sicurezza nei processi industriali)
Nozioni di base di Chimica, fisica, matematica.
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Controllo e strumentazione per i processi chimici)
Students can profitably follow the course only if they are able to: - solve equations and second degree inequalities, solve simple one dimensional integrals and derivatives, solve differential equations and systems of linear differential equations with constant coefficients, study the behavior of functions in the real field and simple calculations with complex numbers. - solve macroscopic balance equations (under dynamic conditions) of matter, energy and momentum - use the simplified fluid-dynamic models of piston flow and perfectly mixed and the most common kinetic models (for example Arrhenius' law) - translate thermodynamic equilibrium conditions into algebraic equations - use simulation environments such as Matlab
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Sicurezza nei processi industriali)
Base skills in mathematics, physics, chemistry
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Controllo e strumentazione per i processi chimici)
Introduzione al controllo di processo: - Specifiche e necessità del controllo per un impianto di processo; - Configurazioni generali di sistemi di controllo: feed-back e feed-forward; - Struttura e componenti del sistema di controllo e risposta in transitorio. Studio del comportamento dinamico di processi chimici - Bilanci macroscopici e locali di materia, energia e quantità di moto; - Elementi introduttivi all’analisi dinamica: trasformata di Laplace; - Dinamica dei sistemi lineari a basso ordine e di ordine superiore; - Sistemi a risposta inversa e con ritardo. Analisi della risposta in frequenza. Controllo di processi chimici - Controllo di sistemi SISO (single-input/single-output); - Sistemi di controllo a retro-azione (feedback) e loro progettazione; - Sistemi di controllo avanzati per processi con dinamiche "complesse"; - Controllo con sistemi digitali e controllo digitale diretto; - Significato, utilizzo e strutture di P&ID (Piping and Instrumentation Drawings); - Esemplificazioni particolari per impianti e apparecchiature tipiche dell’industria di processo; - Monitoraggio del processo: misura di portata, temperatura, pressione, viscosità e composizione; Simulazione di processo - Introduzione ai simulatori dinamici (Simulink e Matlab Control System Toolbox).
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Sicurezza nei processi industriali)
Le norme, gli obblighi e le responsabilità in materia di sicurezza del lavoro. Il fenomeno infortunistico e quello delle malattie professionali. I rischi nell'industria di processo La tossicità delle sostanze. Prevenzione e protezione contro gli incendi ed esplosioni. Scenari incidentali: UVCE, Fireball, Jet Fire, Pool fire, rilasci in atmosfera
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Controllo e strumentazione per i processi chimici)
Introduction to process control: - Specifications and needs of the control for a process plant; - General configurations of control systems: feed-back and feed-forward; - Structure and components of the system control and transient response. Study of the dynamic behavior of chemical processes - Macroscopic and local balances of matter, energy and momentum; - Introductory elements to dynamic analysis: Laplace transform; - Dynamics of low order and higher order linear systems; - Reverse response and delayed systems. Frequency response analysis. Control of chemical processes - Control of SISO systems (single-input / single-output); - Feed-back controllers and their design; - Advanced control systems for processes with "complex" dynamics; - Control with digital systems and direct digital control; - Meaning, use and structures of P&ID (Piping and Instrumentation Drawings); - Particular examples for plants and equipment typical of the process industry; - Process monitoring: flow, temperature, pressure, viscosity and composition measurement; Process simulation - Introduction to dynamic simulators (Simulink and Matlab Control Toolbox).
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Sicurezza nei processi industriali)
The rules, obligations and responsibilities in the field of occupational safety. The accident phenomenon and that of occupational diseases. The risks in the process industry The toxicity of substances. Prevention and protection against fires and explosion. Accident scenarios: UVCE, fireball, Jet fire, gaseous releases, pool fire.
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Controllo e strumentazione per i processi chimici)
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Sicurezza nei processi industriali)
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Controllo e strumentazione per i processi chimici)
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Sicurezza nei processi industriali)
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Controllo e strumentazione per i processi chimici)
Le lezioni sono alternate a esercitazioni di calcolo sugli argomenti affrontati a lezione, nonché a esercizi svolti al calcolatore. Nel corso sono previste delle attività in laboratorio informatico, nel quale lo studente potrà mettere in pratica quanto visto durante le lezioni. Durante il corso è previsto che gli studenti si occupino di svolgere individualmente delle esercitazioni di calcolo al calcolatore (per un totale di 5 esercitazioni) che riguarderanno lo studio del comportamento dinamico e della progettazione di un controllore per alcuni processi chimici assegnati, da svolgere con l’ausilio di programmi di simulazione quali Matlab. Queste esercitazioni verranno valutate e costituiranno il 50% della valutazione finale.
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Sicurezza nei processi industriali)
Il modulio di sicurezza è organizzato in lezioni frontali in aula. l'esiguo numero di ore non consente lo svolgimento di esercitazioni di calcolo.
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Controllo e strumentazione per i processi chimici)
The lessons are alternated with exercises on the topics covered in the lesson, as well as computer exercises. During the course some activities in the computer lab are planned, in which the student will be able to put into practice what was seen during the lessons. During the course students are expected to carry out individually calculation exercises (for a total of 5 exercises) which will concern the study of the dynamic behavior and the design of a controller for some assigned chemical processes, to be carried out with the help of simulation programs such as Matlab. These exercises will be evaluated and will constitute 50% of the final evaluation.
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Sicurezza nei processi industriali)
The safety module is organized in classroom lectures. the small number of hours does not allow the carrying out of calculation exercises.
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Controllo e strumentazione per i processi chimici)
I seguenti testi sono consigliati per chiarimenti sugli argomenti trattati a lezione: 1. Chau. P.C., Process Control (a first course with Matlab). Cambridge University Press, 2002. 2. Seborg, D.E., T.F. Edgar, D.A. Mellichamp and F.J. Doyle III, Process Dynamics and Control. John Wiley & Sons, New York, 2010. 3. Ogunnaike, B. A., Ray, H. E. Process Dynamics, Modeling and Control. Oxford University Press, 1994.
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Sicurezza nei processi industriali)
Daniel Crowl, Joseph F. Louvar, Chemical Process Safety, Prentice Hall eds., 3rd ed., 2011
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Controllo e strumentazione per i processi chimici)
The following texts are recommended for clarification on the topics covered in class: 1. Chau. P.C., Process Control (a first course with Matlab). Cambridge University Press, 2002. 2. Seborg, D.E., T.F. Edgar, D.A. Mellichamp and F.J. Doyle III, Process Dynamics and Control. John Wiley & Sons, New York, 2010. 3. Ogunnaike, B. A., Ray, H. E. Process Dynamics, Modeling and Control. Oxford University Press, 1994.
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Sicurezza nei processi industriali)
Daniel Crowl, Joseph F. Louvar, Chemical Process Safety, Prentice Hall eds., 3rd ed., 2011
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Controllo e strumentazione per i processi chimici)
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato progettuale individuale;
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Sicurezza nei processi industriali)
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Controllo e strumentazione per i processi chimici)
La verifica dell’apprendimento ha l’obiettivo di accertare la conoscenza degli argomenti affrontati durante il corso, la capacita’ dello studente di applicare la teoria, i metodi di calcolo e l’uso degli strumenti informatici a disposizione nella soluzione di esercizi. L’esame e’ costituito da una prova orale obbligatoria di 30 minuti circa, in cui verrà verificato che lo studente abbia acquisito i “risultati dell’apprendimento attesi”. L’esame orale costituirà il 50% della voto finale, mentre il restante 50% verrà dalla valutazione delle esercitazioni di calcolo individuale.
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Sicurezza nei processi industriali)
La prova scritta verte sui contenuti del modulo di sicurezza e si compone di 20 domande a risposta chiusa ed una a risposta aperta. Il risultato di questa prova è espresso in trentesimi e fa media col voto del colloquio orale obbligatorio relativo alla parte sicurezza. Al fine di superare il modulo di sicurezza occorre conseguire almeno 18/30 sia nella prova scritta che durante il colloquio orale.
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Controllo e strumentazione per i processi chimici)
Exam: Compulsory oral exam; Individual project;
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Sicurezza nei processi industriali)
Exam: Compulsory oral exam; Computer-based written test using the PoliTo platform;
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Controllo e strumentazione per i processi chimici)
The learning assessment has the aim of ascertaining the knowledge of the topics covered during the course, the student's ability to apply the theory, the calculation methods and the use of the simulation tools available in the solution of exercises. The exam consists of a mandatory oral test of approximately 30 minutes, in which it will be verified that the student has acquired the "expected learning outcomes". The oral exam will make up 50% of the final score, while the remaining 50% will come from the assessment of the individual calculation exercises.
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Sicurezza nei processi industriali)
The written test focuses on the contents of the security module and consists of 20 closed questions and one open question. The result of this test is expressed in thirtieths and averages with the vote of the obligatory oral interview related to the safety part. In order to pass the safety module, you must achieve at least 18/30 both in the written test and during the oral exam.
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Controllo e strumentazione per i processi chimici)
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato progettuale individuale;
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Sicurezza nei processi industriali)
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale obbligatoria; Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Controllo e strumentazione per i processi chimici)
La verifica dell’apprendimento ha l’obiettivo di accertare la conoscenza degli argomenti affrontati durante il corso, la capacita’ dello studente di applicare la teoria, i metodi di calcolo e l’uso degli strumenti informatici a disposizione nella soluzione di esercizi. L’esame e’ costituito da una prova orale obbligatoria di 30 minuti circa, in cui verrà verificato che lo studente abbia acquisito i “risultati dell’apprendimento attesi”. L’esame orale costituirà il 50% della voto finale, mentre il restante 50% verrà dalla valutazione delle esercitazioni di calcolo individuale menzionate nella "organizzazione dell'insegnamento".
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Sicurezza nei processi industriali)
La prova scritta verte sui contenuti del modulo di sicurezza e si compone di 20 domande a risposta chiusa ed una a risposta aperta. Il risultato di questa prova è espresso in trentesimi e fa media col voto del colloquio orale obbligatorio relativo alla parte sicurezza. Al fine di superare il modulo di sicurezza occorre conseguire almeno 18/30 sia nella prova scritta che durante il colloquio orale.
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Controllo e strumentazione per i processi chimici)
Exam: Compulsory oral exam; Individual project;
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Sicurezza nei processi industriali)
Exam: Written test; Compulsory oral exam; Computer-based written test using the PoliTo platform;
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Controllo e strumentazione per i processi chimici)
The learning assessment has the aim of ascertaining the knowledge of the topics covered during the course, the student's ability to apply the theory, the calculation methods and the use of the simulation tools available in the solution of exercises. The exam consists of a mandatory oral test of approximately 30 minutes, in which it will be verified that the student has acquired the "expected learning outcomes". The oral exam will make up 50% of the final score, while the remaining 50% will come from the assessment of the individual calculation exercises mentioned in "Course structure".
Controllo, strumentazione e sicurezza per i processi chimici (Sicurezza nei processi industriali)
The written test focuses on the contents of the security module and consists of 20 closed questions and one open question. The result of this test is expressed in thirtieths and averages with the vote of the obligatory oral interview related to the safety part. In order to pass the safety module, you must achieve at least 18/30 both in the written test and during the oral exam.