Politecnico di Torino
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Anno Accademico 2012/13
01NAGMB
Controllo e strumentazione per i processi chimici
Corso di Laurea in Ingegneria Chimica E Alimentare - Torino
Docente Qualifica Settore Lez Es Lab Tut Anni incarico
Pisano Roberto ORARIO RICEVIMENTO O2 ING-IND/26 46 11 3 0 7
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/26 6 B - Caratterizzanti Ingegneria chimica
Presentazione
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 (approfondite poi nel corso di Laurea Specialistica), 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. Particolare attenzione verrà anche prestata agli aspetti del controllo dei processi per la conduzione in sicurezza, già introdotti nell'insegnamento di sicurezza nei processi industriali.
Risultati di apprendimento attesi
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
- 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
scegliere e progettare gli attuatori più comuni
- 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, ')
- simulare il comportamento dinamico dei processi al calcolatore
- leggere e comprendere un Piping and Instrumentation Diagram
Prerequisiti / Conoscenze pregresse
Gli studenti potranno proficuamente seguire l'insegnamento solo se capaci 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
Criteri, regole e procedure per l'esame
La verifica dell’apprendimento avviene mediante prova scritta e un colloquio orale. L'unione pesata dei due voti (scritto + orale) produce la valutazione finale. Tale valutazione terrà conto anche della relazione scritta dall’allievo, ove si presentano i risultati dell’esercitazione di gruppo.
Per accedere all'esame è richiesta la frequenza all’esercitazione sperimentale e a quella di calcolo. L’esercitazione sperimentale prevede che lo studente progetti un controllore in retroazione per la regolazione di temperatura in un serbatoio riscaldato e perfettamente miscelato. A questo scopo, si condurranno delle prove sperimentali su di un impianto presente nel laboratorio d’ingegneria chimica. L’esercitazione di calcolo, invece, prevede lo studio del comportamento dinamico di un processo assegnato. Tale studio prevede la derivazione di un modello matematico che descriva la dinamica del processo e l’uso dell’anzidetto modello (tramite simulazioni al calcolatore) per studiarne il comportamento a fronte di variazioni sulle condizioni d’ingresso.
La prova scritta verte a valutare la capacità dello studente di eseguire calcoli applicativi e, per un processo assegnato, scegliere e progettare una strategia di controllo appropriata. La prova scritta si basa su due/tre esercizi di tipo applicativo, che però richiedono una conoscenza congiunta degli aspetti teorici e di quelli di calcolo, e di una dimostrazione di teoria. Lo svolgimento della prova richiede circa due ore, durante le quali lo studente non può consultare né libri né appunti.
Il colloquio orale valuta la comprensione approfondita degli argomenti trattati a lezione e la capacità dello studente di applicare le conoscenze acquisite. Per sostenere il colloquio orale è necessario aver conseguito una valutazione sufficiente nella prova scritta (almeno 18/30) e nell’esercitazione di gruppo (almeno C). Il colloquio orale prevede la discussione della relazione di gruppo, una domanda di approfondimento sugli aspetti teorici trattati a lezione e un ultimo quesito sulla strumentazione industriale.
Orario delle lezioni
Statistiche superamento esami

Programma definitivo per l'A.A.2012/13
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