Detail předmětu
Experimentální metody
FSI-KEM Ak. rok: 2022/2023 Zimní semestr
V úvodu je prezentován smysl a význam předmětu a jsou ukázány praktické případy, kde se setkáme s nutností získání naměřených dat metodami, jež jsou popsány v dalších přednáškách a prakticky aplikovány ve cvičeních. Velká pozornost je věnována vazbě na konkrétní případy. Tzn. seznámení se s (často unikátními) experimentálními zařízeními, se specifikací měřených dat a vazbou na laboratorní úlohy.
(Nejen) procesní inženýři se při návrhu nových zařízení či úpravách existujících zařízení často spoléhají na výpočty či výpočtové nástroje. Jejich vstupní proměnné však nemusí být dostupné v literatuře a odhady na základě návrhových výpočtů mají omezenou přesnost, což vede k zatížení výsledků výpočtu značnými nejistotami. Experimentální metody umožňují takovéto výpočty ověřovat (model validation), případně přesněji stanovit hodnoty vstupních proměnných. Často měřené parametry jsou například termofyzikální a transportní vlastnosti, součinitele přestupu tepla a hmoty apod.
Laboratorní práce je ještě více profilující v oblasti výzkumu a vývoje. Experimentální metody provází celý cyklus vzniku nové technologie, od prvotního ověření konceptu v laboratorním měřítku, přes odstraňování objevených nedostatků a škálování do provozního měřítka, včetně řízení procesu, až po provozní zkoušky ověřující schopnost stabilně dosáhnout jmenovitých parametrů bez nadměrné údržby. Cílem předmětu je seznámit posluchače jak s jednotlivými úkony a fázemi experimentu, včetně jeho plánování a přípravy, tak s častými jednotkovými operacemi procesního inženýrství. Výuka je koncipována tak, aby doplnila teoretické znalosti z jiných předmětů (jedná se zejména o tepelné, hydraulické, difúzní a mechanické pochody) praktickými zkušenostmi.
Jazyk výuky
čeština
Počet kreditů
5
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Výsledky učení předmětu
Posluchač si osvojí dovednosti nezbytné pro samostatnou experimentální činnost. Cílem je, aby absolvent byl schopen k experimentu přistoupit systematicky, od plánovacích a přípravných prací, přes samotnou experimentální činnost až po vyhodnocení a interpretaci výsledků. Důraz je kladen také na časovou efektivitu a maximalizaci potenciálu reálných dat – laboratorních, ale také provozních. Za tímto účelem je část výuky situována v laboratořích a zkušebnách, kde studenti mají možnosti si jednotlivé úlohy procesního inženýra při provádění experimentů prakticky vyzkoušet a seznámit se i s aktivitami v plně provozním měřítku.
Prerekvizity
Předpokládají se základní znalosti z relevantních předmětů a bsolvovaných během bakalářského studia na Fakultě strojního inženýrství VUT v Brně (např. fyzika, mechanika).
Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny, včetně přímé vazby na reálné aplikace. Výuka je doplněna laboratorním cvičením zaměřeným na praktické zvládnutí dovedností probraných na přednáškách.
Způsob a kritéria hodnocení
Předmět je zakončen zápočtem a zkouškou. Pro udělení zápočtu je nezbytná účast ve cvičeních a odpovídající zpracování protokolů z měření. Zkouška sestává ze dvou částí:
1. část: písemná – prokázaní znalostí přednesené látky,
2. část: ústní – prokázaní teoretických i praktických znalostí a dovedností při rozpravě
Učební cíle
V přednáškové části kurzu je cílem seznámit posluchače s měřením, v inženýrské praxi používanou měřicí technikou, strukturou a plánováním experimentu, prací s daty a jejich vyhodnocením. Důraz je kladen na význam experimentálních metod jako způsobu ověření teoretických poznatků, a naopak experimentu jako výchozího prvku pro rozvoj hypotéz a výpočtů v procesním inženýrství, což se odráží v laboratorní části výuky. Tento přístup je nezbytný např. pro návrh unikátních specifických zařízení, pro která neexistují relevantní výpočtové vztahy a postupy.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky
Účast na přednáškách je doporučená. Účast na cvičeních je povinná a je kontrolována.
Praktická část výuky je zaměřena na zpracování protokolů z experimentálních měření. Zameškaná výuka v praktických cvičeních je nahrazována. Protokoly a účast ve cvičeních jsou podmínkou pro udělení zápočtu. Úroveň znalostí z praktické části i přednesené látky jsou předmětem ústní zkoušky.
Použití předmětu ve studijních plánech
Program N-PRI-P: Procesní inženýrství, magisterský navazující, povinný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
26 hod., nepovinná
Vyučující / Lektor
Osnova
1. Úvod a motivace – význam experimentů a získání potřebných dat, vazba na reálné aplikace
2. Význam měření, chyby měření, nejistota měření, základní měřené parametry a přístrojová technika
3. Tlakoměry, hladinoměry – rozdělení dle principu a vodítek pro praktické nasazení
4. Teploměry – rozdělení dle principu a vodítek pro praktické nasazení
5. Průtokoměry, měřiče tepla – rozdělení dle principu a vodítek pro praktické nasazení
6. Struktura experimentu – definice problému, návrh experimentálního zařízení
7. Plánování experimentu – úvod
8. Plánování experimentu – praktické příklady
9. Představení jednotkových operací v úlohách Laboratoře energeticky náročných procesů
10. Práce s reálnými daty – tvorba regresních modelů, citlivostní analýza
11. Synergie experimentu a modelu – časová efektivita experimentu, validace a ladění modelu
12. Virtuální senzory v průmyslové praxi
13. Význam analytické chemie pro inženýrskou praxi – exkurze do specializovaných laboratoří
Laboratorní cvičení
26 hod., povinná
Vyučující / Lektor
Osnova
1. Čerpací charakteristika
2. Výměník tepla
3. Míchání
4. Mletí
5. Hydraulické ztráty
6. Fluidizace
7. Kinetika proudu plynu
8. Dvoufázový tok
9. Sedimentace
10. Stripování amoniaku – validace modelu
11. Vakuum – automatické řízení
12. Tepelný výměník – optimalizace
13. Vaření piva v malém měřítku