Didattica - Università degli Studi di Padova

Syllabus

Prerequisiti:	Bilanci di materia e di energia in regime stazionario e dinamico; apparecchiature per il trasporto dei fluidi, per lo scambio termico, per la separazione di fase; reattoristica chimica.
Conoscenze e abilita' da acquisire:	Gli studenti apprenderanno alcune tecniche i) per l’analisi del comportamento dinamico delle apparecchiature e degli impianti dell’industria chimica e di processo, ii) per l’analisi e la progettazione di schemi di controllo di processo, e iii) per l’analisi delle prestazioni dei regolatori. Al termine dell’insegnamento, lo studente sarà in grado di: • sviluppare il modello dinamico di semplici apparecchiature dell’industria chimica; • identificare da quali parametri (progettuali o di esercizio) dipenda la risposta dinamica di un processo; • caratterizzare quantitativamente la risposta dinamica di un sistema a una sollecitazione negli ingressi; • comprendere il funzionamento di schemi di regolazione convenzionale e avanzata di base per apparecchiature singole e interi processi dell’industria chimica; • progettare schemi di controllo feedback e feedforward per apparecchiature dell’industria di processo; • sintonizzare un regolatore PID; • determinare la dimensione più appropriata di una valvola di regolazione.
Modalita' di esame:	L’esame prevede tre attività obbligatorie e sequenziali: homeworks individuali durante l’erogazione del corso, prova scritta finale, e prova orale finale. Gli homeworks contribuiscono al voto finale per circa il 12%, la prova scritta per circa il 44% e la prova orale per il restante 44%. La prova scritta prevede uno o due esercizi da risolvere (è consentito l’uso di appunti e libri di testo) in un tempo di circa 2 ore. La prova orale prevede tipicamente tre domande sull’intero programma del corso e dura circa 45 minuti. La prova orale potrà essere sostenuta in lingua italiana o inglese, secondo la preferenza dello studente.
Criteri di valutazione:	HOMEWORKS E PROVA SCRITTA • correttezza della soluzione finale • chiarezza e sintesi nella presentazione dei risultati • appropriatezza d’uso della terminologia tecnica • rigore nella metodologia di calcolo PROVA ORALE • conoscenza e comprensione dei contenuti dell’insegnamento • capacità di fornire informazioni quantitative (piuttosto che meramente qualitative) sulla risposta dinamica e sulle prestazioni del sistema di controllo in un processo • capacità di discutere gli argomenti in modo chiaro e sintetico, e con uso appropriato della terminologia tecnica • tempo che intercorre tra la fine delle lezioni dell’insegnamento e la data della prova orale
Contenuti:	MODELLAZIONE DINAMICA A PRINCIPI PRIMI DI PROCESSI CHIMICI. COMPORTAMENTO DINAMICO DEI PROCESSI. Trasformata di Laplace; funzioni di trasferimento; risposte dinamiche di sistemi del primo e del secondo ordine; risposte dinamiche di sistemi più complessi: effetto dei poli e degli zeri, processi con tempi morti. Linearizzazione di modelli non lineari. Identificazione di modelli dinamici da dati di processo. CONTROLLO DEI PROCESSI. Regolazione in retroazione per sistemi SISO: regolatori on-off; regolatori ad azione PID; problematiche nell’implementazione pratica di regolatori PID: saturazione dell’azione integrale, filtri derivativi, derivative kick, implementazione digitale; strumentazione di misura e di regolazione; selezione delle valvole di regolazione; comportamento dinamico e stabilità dei sistemi regolati; sintonizzazione di regolatori PID. Regolazione feedforward e di rapporto. Tecniche migliorate di controllo feedback: controllo in cascata, inferenziale, selettivo, override, split-range, della posizione di una valvola. Controllo di sistemi MIMO: interazioni e interferenza; guadagni relativi e scelta dell’accoppiamento. Controllo di colonne di distillazione.
Attivita' di apprendimento previste e metodologie di insegnamento:	Lezioni d’aula (comprensive di esercitazioni numeriche e brevi attività di gruppo) e lezioni interattive in aula di calcolo.
Eventuali indicazioni sui materiali di studio:	Copia digitale delle diapositive presentate a lezione sarà resa disponibile sulla piattaforma Moodle. Il testo di riferimento (Seborg et al., 2011) è indicato nel box successivo. Anche la consultazione dei seguenti ulteriori testi può risultare utile: • Smith, C.A. and A. Corripio (2006). Principles and practice of automatic process control (3rd edition). Wiley, New York (U.S.A.). • Riggs, J.B. and M.N. Karim (2008). Chemical and bio-process control (3rd edition). Pearson Education International, Boston (U.S.A.). • Ogunnaike, B.A. and W.H. Ray (1994). Process dynamics, modeling and control. Oxford University Press, New York (U.S.A.).
Testi di riferimento:	Seborg, D.E., T.F. Edgar, D.A. Mellichamp and F.J. Doyle III, Process dynamics and control (4th edition). New York: Wiley, 2017.