Controlo de Processos e Instrumentação

Código:

EBE0029

Sigla:

CPIN

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Engenharia Biológica

Ocorrência: 2010/2011 - 2S

Ativa?	Sim
Página Web:	Disponível na pagina da disciplina do SIFEUP
Unidade Responsável:	Departamento de Engenharia Química e Biológica
Curso/CE Responsável:	Mestrado Integrado em Bioengenharia

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
MIB	12	Plano de estudos oficial	3	-	5	42	135

Língua de trabalho

Português

Objetivos

OBJECTIVOS
A disciplina tem como objectivo proporcionar aos estudantes a perspectiva do comportamento dinâmico de processos industriais e os conhecimentos teóricos e práticos para projectar e operar com sistemas de controlo de processos:
Conceitos de dinâmica de sistemas associados à operação de processos industriais; Filosofias de controlo de processos; Conceitos sobre instrumentação associada à operação de processos; Conceitos de teoria de controlo de sistemas lineares por realimentação negativa e por antecipação; Projecto de sistemas de controlo por realimentação negativa e de sistemas por antecipação-realimentação negativa; Projecto de sistemas de aquisição de dados e de controlo por computador; Simulação de operação de processos controlados por computador; Conceitos sobre projecto industrial de sistemas de controlo distribuído.
CARACTERIZAÇÃO DE COMPETÊNCIAS E RESULTADOS DE APRENDIZAGEM
I - distribuição percentual relativamente às vertentes científica e tecnológica:
 Preparação científica proporcionada (estabelecer e desenvolver bases científicas) – 40%
 Preparação tecnológica proporcionada ( aplicar a projecto e operação) - 60%
II – Competências específicas do tópico a adquirir
Com a aprovação neste módulo o aluno deve ter obtido as seguintes competências específicas:
 Compreender a necessidade de estudar e apreender as metodologias para estudar o comportamento dinâmico de processos
 Compreender as principais filosofias de controlo de processos
 Conhecer instrumentração industrial
 Saber escolher equipamentos do ciclo de controlo
 Saber sintonizar controladores em sistemas por realimentação negativa e em sistemas por antecipação
 Conhecer sistemas de controlo por computador e sistemas de comunicações industriais
 Saber simular sistemas de controlo
 Ter noções de tópicos de controlo por via inferencial e de controlo adaptativo
 Perceber as fases e as acções num projecto de sistemas de controlo
III – Competências CDIO a adquirir
Este módulo contribui principalmente para as seguintes competências CDIO*
Competências nucleares em engenharia – dinâmica e controlo
Conhecimentos avançados de engenharia - sistemas digitais
2.1. Pensamento e resolução de problemas de engenharia
2.3. Conhecimentos avançados em engenharia – definições e interacções em sistemas
2.4. Aptidões e atitudes pessoais – pensamento crítico
3.1. Trabalho em grupo
3.2. Comunicações – comunicação escrita
4.3. Concepção e engenharia de sistemas
* conforme descrição em www.cdio.org
IV – Competências práticas de engenharia a adquirir
Com a aprovação neste módulo o aluno deve ter obtido as seguintes competências práticas de engenharia
Conhecimento de instrumentação industrial e sistemas de comunicação digital; capacidade de operação de sistemas de controlo

Programa

1. Motivação; 2. Comportamento dinâmico de sistemas; modelos dinâmicos; solução no domínio do tempo e de Laplace; conceito de função de transferência; linearização de sistemas; sistemas complexos; identificação; 3. Controlo de processos de ciclo simples por realimentação negativa: análise do comportamento dinâmico de sistemas fechados; 4. Instrumentação Industrial para controlo de processos - sensores e transmissores industriais, controladores; Elementos finais de Controlo; 5. Comportamento dinâmico de um sistema em ciclo fechado – análise de estabilidade; 6. Projecto e sintonização de controladores: critérios; métodos expeditos; 7. Controlo por antecipação – conceitos e projecto; 9. Métodos de controlo complementares: controlo em cascata; controlo por via inferencial; controlo adaptativo.

Bibliografia Obrigatória

Seborg, Dale E.; Process dynamics and control. ISBN: 0-471-85933-8

Bibliografia Complementar

Martins, Fernando Gomes; Prontuário MATLAB. ISBN: 972-752-064-2
Georgieva, P., R. Oliveira and S. Feyo de Azevedo ; Instrumentation and Process Control – Process Control, in ‘Encyclopedia of Dairy Sciences’, p. 1401-1410, Eds. H. Roginski, J.W. Fuquay, P.F. Fox, Academic Press UK, 2002
 Feyo de Azevedo, S., R. Oliveira and B. Sonnleitner; New Methodologies for Multiphase Bioreactors 3: Data Acquisition, Modelling and Control, in 'Multiphase Bioreactor Design', Chapter 3, p. 53-83, Eds. J.M. Cabral, M. Mota and J. Tramper, Taylor&Francis Pub., N.Y., 2001
Oliveira, R. P. Georgieva and S. Feyo de Azevedo; Instrumentation and Process Control – Instrumentation, in ‘Encyclopedia of Dairy Sciences’, p. 1392-1401, , H. Roginski, J.W. Fuquay, P.F. Fox, Academic Press UK, 2002
Feyo de Azevedo, S., F. Oliveira, A. C. Cardoso; TEACON - A Simulator for Computer Aided Teaching of Process Control, , J. Computer Appl. Engineering Educ. - CAE 1 (4) 307-319, 1994
Ferreira, E. e S. Feyo de Azevedo, ; Modelação, Monitorização e Controlo de Reactores Biológicos, in Reactores Biológicos, p. 193-230, Eds, M. Manuela Fonseca e J.A Teixeira, Chap. 8, Lidel, Lisboa , 2006

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Exposições teóricas e aulas teórico-práticas de exposição e discussão de casos de estudo. Realização de trabalhos em grupo. Utilização de pacotes de programas para o ensino assistido por computador de controlo de processos. Apresentação laboratorial de equipamento e de um sistema de controlo de ciclo simples. Os alunos terão à sua disposição por via electrónica: informação no Sistema SIFEUP e interactividade total com os docentes.
Meios para auto-avaliação - Folhas de exercícios, alguns resolvidos, para apreciar as suas capacidades, podendo nomeadamente comparar soluções analíticas com resultados obtidos por via computacional com a utilização de pacotes de simulação.

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Obtenção de frequência

Condições para obtenção de frequência - cumulativamente frequência das aulas teorico-práticas e práticas nos termos legais, classificação de cada trabalho igual ou superior a 25% e classificação média dos trabalhos igual ou superior a 40%.
Critérios de dispensa de frequência - Frequência activa num dos dois anos anteriores

Fórmula de cálculo da classificação final

Ver documento autónomo sobre avaliação, disponível no SIFEUP.
Componentes da avaliação
 Classificação dos trabalhos – P1 – média dos trabalhos, valorizada até 30% da classificação final
 Classificação prémio de frequência – P2 – valorizada até 10% da classificação final
 Classificação de exame – P3 – valorizada até (70-P2)% da classificação final
Critério de aprovação:
Classificação final – CF20= (P1 + P2 + P3)/100*20 ≥ 9,5
E
Classificação no exame ≥ 30%

Provas e trabalhos especiais

Grupos de 2 alunos realizarão dois trabalhos, nas datas seguintes:
Trabalho 1 – Dinâmica de Sistemas – entrega de enunciado a 25 de Março, entrega do trabalho a 8 de Abril.
Trabalho 2 – Controlo – entrega do enunciado a 13 de Maio, entrega do trabalho a 27 de Maio.
Adicionalmente, grupos de 2 alunos serão responsáveis por leccionar algumas das matérias do curso.

Avaliação especial (TE, DA, ...)

Provas e trabalhos especiais previstos para exames realizados sem prévia obtenção de frequência - Prova global, individual, semelhante em estrutura, mas não em conteúdo, ao Exame

Melhoria de classificação

Provas e trabalhos especiais previstos para melhorias de classificação - Prova global, individual, semelhante em estrutura, mas não em conteúdo, ao Exame.

Observações

Não há precedências no curso. Pressupõem-se conhecimentos sólidos das disciplinas de matemática e informática, bem como das disciplinas de Processos dos anos anteriores:

Conhecimento anterior assumido
Tópico Disciplinas Fonte
Solução de ODEs com Transformadas de Laplace: Unidades Propedêuticas de Matemática
Métodos Numéricos Simulação de processos: Informática
Modelização de processos determinísticos: Disciplinas de Ciências de Engenharia