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PROCESS INSTRUMENTATION AND CONTROL/STRUMENTAZIONE E CONTROLLO DEI PROCESSI CHIMICI

DIEGO CACCAVO PROCESS INSTRUMENTATION AND CONTROL/STRUMENTAZIONE E CONTROLLO DEI PROCESSI CHIMICI

0612200040
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA INDUSTRIALE
CORSO DI LAUREA
INGEGNERIA CHIMICA
2022/2023



OBBLIGATORIO
ANNO CORSO 3
ANNO ORDINAMENTO 2016
SECONDO SEMESTRE
CFUOREATTIVITÀ
660LEZIONE
MICHELE MICCIO T Curriculum
DIEGO CACCAVO Curriculum
Obiettivi
Il corso mira a fornire agli studenti le conoscenze preliminari e di base per affrontare la regolazione degli
impianti ed il controllo automatico di processo.
Conoscenza e comprensione
Comprensione della terminologia utilizzata per la misura delle grandezze di processo, la strumentazione di
processo, le valvole industriali, la regolazione ed il controllo automatico degli impianti di processo.
Conoscenze dei principi fondamentali per le misure di temperatura, pressione, portata, livello. Strumenti di
analisi dei sistemi dinamici lineari con la trasformata di Laplace. Comprensione del concetto di controllo in
retroazione (feedback).
Conoscenza e capacità di comprensione applicate - analisi ingegneristica
Saper scegliere il sensore giusto per la misura delle principali variabili di processo in un impianto industriale.
Sviluppare semplici modelli dinamici macroscopici di singole apparecchiature tipiche dell’industria chimica
ed alimentare. Saper valutare caratteristiche e vantaggi tra le varie tipologie di sensori e valvole per
l’industria di processo. Distinguere le differenze nel comportamento dinamico di un processo chimico o
alimentare nella configurazione ad anello aperto (open loop) o chiuso (closed loop).
Conoscenza e capacità di comprensione applicate - progettazione ingegneristica
Effettuare la scelta ed il dimensionamento di massima della valvola di regolazione. Elaborare semplici schemi
di controllo in retroazione, scegliere il controllore come regolatore singolo ed impostarne i parametri
(tuning).
Capacità di apprendere - capacità di indagine
Saper effettuare un’indagine preliminare di mercato per scegliere un sensore industriale o da laboratorio.
Saper effettuare un’indagine preliminare di mercato per scegliere una valvola o un rubinetto da laboratorio.
Conoscenza e capacità di comprensione applicate - pratica ingegneristica
Saper effettuare una lettura di massima di un Piping and Instrumentation Diagram (P&ID).
Riconoscere le grandezze di processo, la strumentazione di processo, le valvole industriali, la regolazione ed il controllo automatico degli impianti di processo sulla base della loro terminologia in lingua inglese.
Capacità trasversali – abilità comunicative
Abilità comunicative e di lavoro in sistemi strutturati: Saper preparare una presentazione (ad es. in formato
MS Word® o Powerpoint® o come file PDF) e discutere oralmente un progettino (Project Work) relativo alla
dinamica o al controllo in retroazione di un semplice processo, sviluppato con il s/w Loop-Pro Control
Station®.
Capacità trasversali - capacità di apprendere
Comprendere i contenuti della documentazione tecnica di sensori e valvole da laboratorio e per l’industria di
processo. Saper applicare le conoscenze acquisite a contesti differenti da quelli presentati durante il corso,
ed approfondire gli argomenti trattati usando materiali diversi da quelli proposti.
Prerequisiti
PER IL PROFICUO RAGGIUNGIMENTO DEGLI OBIETTIVI PREFISSATI, SONO RICHIESTE LE CONOSCENZE MATEMATICHE DI BASE, IN PARTICOLARE PER LE EQUAZIONI DIFFERENZIALI ORDINARIE, LA PADRONANZA SUI BILANCI MACROSCOPICI DI MATERIA E DI ENERGIA IN CONDIZIONI NON STAZIONARIE NONCHÉ LE CONOSCENZE DI BASE DI TERMODINAMICA E FLUIDODINAMICA.
Contenuti
PROPRIETÀ GENERALI DEI SENSORI. STRUMENTI E TECNICHE DI MISURA DI TEMPERATURA, PRESSIONE, LIVELLO, PORTATA. H LEZ. 12 H ESERC. + LAB. 2
CLASSIFICAZIONI E TECNOLOGIA DELLE VALVOLE. VALVOLE DI REGOLAZIONE: DEFINIZIONI, COEFFICIENTE DI EFFLUSSO, CARATTERISTICA INTRINSECA, CARATTERISTICA INSTALLATA, CAVITAZIONE E FLASHING, DIMENSIONAMENTO DI MASSIMA. SIMBOLI DI STRUMENTAZIONE E VALVOLE NEL PIPING AND INSTRUMENTATION DIAGRAM (P&ID) H LEZ. 10 H ESERC. + LAB. 5
DEFINIZIONI E PROPRIETÀ DELLA TRASFORMATA DI LAPLACE; CENNI A RISOLUZIONE DI ODE CON LAPLACE ED ANTITRASFORMAZIONE IN FRATTI SEMPLICI. CONCETTO DI FUNZIONE DI TRASFERIMENTO H LEZ. 5 H ESERC. + LAB. 1
CONCETTO DI VARIABILE DI STATO; MODELLI INGRESSO-STATO-USCITA, MODELLI A PARAMETRI CONCENTRATI O DISTRIBUITI. SISTEMI DINAMICI LINEARI DI RIFERIMENTO: 1° ORDINE, 2° ORDINE, RITARDO DI TRASPORTO. LINEARIZZAZIONE DI SEMPLICI SISTEMI DINAMICI NON-LINEARI. MODELLO FIRST-ORDER-PLUS-DEAD-TIME (FOPDT). H LEZ. 8 H ESERC. + LAB. 3
DIAGRAMMA A BLOCCHI DEL CONTROLLO IN RETROAZIONE: SENSORI, TRASMETTITORI, CONTROLLORI, ATTUATORI, ELEMENTI FINALI DI CONTROLLO, LINEE DI SEGNALI. VARIABILI CARATTERISTICHE: SET POINT, LOAD, VARIABILE MANIPOLATA, VARIABILE CONTROLLATA. PROBLEMA DELLA REGOLAZIONE E DEL SERVOMECCANISMO. RISPOSTA OPEN LOOP E CLOSED LOOP NEL DOMINIO DI LAPLACE. IL PROBLEMA DELL’OFFSET. CONCETTO DI STABILITÀ BIBO H LEZ. 5 H ESERC. + LAB. 1
CONTROLLORI A RELAY E PID. CRITERI DI PRESTAZIONE DEL CONTROLLORE. TUNING DEI CONTROLLORI DELLA CLASSE PID: METODI OPEN LOOP: COHEN-COON, IMC, 1° ZIEGLER-NICHOLS; METODI CLOSED LOOP: 2° ZIEGLER-NICHOLS. H LEZ. 6 H ESERC. + LAB. 2.
Metodi Didattici
L’INSEGNAMENTO PREVEDE UN TOTALE DI 60H SUDDIVISE IN 37H DI TEORIA, 14 DI ESERCITAZIONI E 9 DI LABORATORIO INTERATTIVO SIA SOFTWARE SIA SPERIMENTALE.
L’INSEGNAMENTO È EROGATO “IN PRESENZA” ED IN LINGUA INGLESE.
LA FREQUENZA AI CORSI DI INSEGNAMENTO È FORTEMENTE CONSIGLIATA.
TUTTI LE PRESENTAZIONI DIDATTICHE DEL CORSO SONO RESI DISPONIBILI DAL DOCENTE SULLA PIATTAFORMA DI ATENEO MS TEAMS®. IN AGGIUNTA, SONO DISPONIBILI ALTRE NOTE, TESTI DI ESAMI SCRITTI PRECEDENTI E NUMEROSI PROBLEMI D’ESAME SVOLTI.
L’INSEGNAMENTO CONTEMPLA LEZIONI TEORICHE SVOLTE DAL DOCENTE CON AMPIO IMPIEGO DI SLIDES ED ANIMAZIONI COMPUTERIZZATE, ESERCITAZIONI IN AULA SVOLTE DAL DOCENTE SULLA LAVAGNA, DA 2 A 4 ORE DI ESERCITAZIONE SVOLTE IN MANIERA INTERATTIVA SUI PC DEGLI STUDENTI IN AULA INFORMATICA CON I SOFTWARE DIDATTICI LOOP-PRO CONTROL STATION® OPPURE SIMCET/PITOPS PICONTROL, DA 2 A 4 ORE DI ESERCITAZIONE SVOLTA IN AULA CON L’IMPIEGO DELLA WORKSTATION CARRELLATA FESTO EDUCATION MPS® PA PER MISURA E CONTROLLO AUTOMATICO DI LIVELLO, PORTATA, TEMPERATURA E PRESSIONE.
AD OGNI STUDENTE CHE FACCIA RICHIESTA È RESA DISPONIBILE UNA LICENZA DEI SOFTWARE DIDATTICI, ACQUISTATA ANNUALMENTE SUL FONDO FUNZIONAMENTO LABORATORI DIDATTICI DEL CONSIGLIO DIDATTICO DI INGEGNERIA CHIMICA.
AL TERMINE DEL CORSO, È FACOLTATIVAMENTE ASSEGNATO AD OGNI STUDENTE CHE LO DESIDERI UN PROGETTINO (PROJECT WORK) PER LO STUDIO DELLA DINAMICA O CONTROLLO DI UN PROCESSO, DA SVILUPPARE CON I SOFTWARE DIDATTICI E DA CONSEGNARE IN FORMATO ELETTRONICO AL DOCENTE PER L’ESAME.
Verifica dell'apprendimento
LA VALUTAZIONE DEL RAGGIUNGIMENTO DEGLI OBIETTIVI PREFISSATI AVVIENE MEDIANTE PROVE SCRITTE IN NUMERO DI 2, CIASCUNA DELLA DURATA DI 2 H, CHE LO STUDENTE PUÒ SVOLGERE ANCHE IN APPELLI DIVERSI, E FACOLTATIVAMENTE LA DISCUSSIONE DI UN PROGETTINO INDIVIDUALE (PROJECT WORK), CHE L’ALLIEVO PREPARA CON I SOFTWARE DIDATTICI E CHE PUÒ AGGIUNGERE FINO A 3 PUNTI SU 30 PER IL VOTO FINALE.
CIASCUNA PROVA SCRITTA SI COMPONE DI VARIE SEZIONI, ALCUNE A QUIZ, ALTRE RICHIEDENTI RISPOSTE APERTE, ALTRE CALCOLATIVE. LE SEZIONI HANNO UN PESO DIVERSO AI FINI DELL’ATTRIBUZIONE DEL VOTO DELLA PROVA: PER IL COMPITO N.1 HA PIÙ PESO LA SEZIONE “PROBLEMA DI DIMENSIONAMENTO DELLA VALVOLA DI REGOLAZIONE”; PER IL COMPITO N.2 HA PIÙ PESO LA SEZIONE “SVILUPPO DI UN MODELLO MATEMATICO DINAMICO PER UN SISTEMA A PARAMETRI CONCENTRATI”.
CIASCUNA PROVA SCRITTA SI INTENDE SUPERATA CON IL MINIMO PUNTEGGIO (18/30) SE LO STUDENTE HA ALMENO AFFRONTATO LA SEZIONE DEL COMPITO AVENTE IL PESO MAGGIORE E CONTEMPORANEAMENTE HA FORNITO RISPOSTE VALIDE AL 50% DEI QUESITI. AI FINI DELLA LODE, SI TERRÀ CONTO DELLA QUANTITÀ (RISPOSTA ESAURIENTE E CORRETTA ANCHE NUMERICAMENTE A CIRCA IL 90% DEI QUESITI) MA ANCHE DELLA QUALITÀ (LINGUAGGIO SCIENTIFICO APPROPRIATO E PADRONANZA DELLA MATERIA) DELL’ESPOSIZIONE SCRITTA.
Testi
Magnani G., P. Ferretti e P.Rocco, “Tecnologie dei Sistemi di Controllo”, 2° ed., McGraw-Hill Libri Italia, ISBN 88 386 6321-1
Stephanopoulos G., “Chemical process control: an introduction to theory and practice”, Prentice Hall, ISBN 0131286293

sito WEB con il materiale utilizzato dal docente per lezioni ed esercitazioni in aula:
http://www.adic.unisa.it/dida/bacheca/strum_contr/index 
sito WEB di riferimento per lo studio personale e gli esami:
http://comet.eng.unipr.it/~miccio
Altre Informazioni
LA LINGUA DI EROGAZIONE DEL CORSO È L'INGLESE.
SITO WEB DI RIFERIMENTO PER LO STUDIO PERSONALE E GLI ESAMI:
HTTP://COMET.ENG.UNIPR.IT/~MICCIO
E-MAIL PER RICHIESTA ACCESSO SULLA PIATTAFORMA DI ATENEO MS TEAMS® “PROCESS INSTRUMENTATION AND CONTROL – 0612200040”
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