Controllo attivo della temperatura di un banco prova sperimentale

Michetti, Simone (2018) Controllo attivo della temperatura di un banco prova sperimentale. Diploma thesis, Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana.

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Abstract

Il banco di prova sperimentale è stato creato, progetto dopo progetto, dagli studenti, per poter caratterizzare le prestazioni di pompe e scambiatori di calore industriali. Il liquido, termovettore circolante nelle condotte dell’impianto è stoccato in due vasche (acqua – glicole al 50%). La caratterizzazione a norma di uno scambiatore di calore industriale, impone che venga mantenuta una differenza di temperatura tra il flusso d’aria trasversale di raffreddamento e il liquido caldo in ingresso dello scambiatore di calore di almeno 40°C (costanti). Attualmente il banco prova non è munito di nessun tipo di controllo automatico che mantenga costante questa differenza di temperatura. Allo stato attuale viene regolato tutto a mano e si commettono dunque degli importanti errori (fino a 5-10 °C). L’obiettivo del progetto è di riuscire a progettare e implementare sul software di gestione della macchina, un regolatore automatico che mantenga costante la differenza di temperatura tra il flusso d’aria trasversale di raffreddamento e il liquido caldo in ingresso dello scambiatore di calore, di almeno 30 fino a 40°C. La tolleranza di oscillazione intorno all’obiettivo è di ±0,5°C. Le ulteriori richieste sono: • Montaggio di isolante sulla vasca per il riscaldamento • Progettazione e montaggio di un vaso comunicante per l’auto livellamento del liquido nelle vasche della macchina. Per riuscire nell’obiettivo mi sono concentrato sull’analisi dettagliata dell’intero sistema, ricavando le equazioni differenziali che lo caratterizzano al meglio e le funzioni di variazione delle proprietà del liquido (densità e calore specifico). Dopodiché ho costruito delle simulazioni, utilizzando Matlab e Simulink, basate su tali modelli matematici. Grazie alle simulazioni dei modelli è stato possibile ricavare le perdite termiche prima e dopo l’isolamento e, sempre sulla base di tali modelli, ho costruito, mediante delle approfondite analisi matematiche, lo schema di controllo e l’apposito regolatore automatico da implementare. Una volta simulato e validato in teoria, il controllore è stato implementato sul software di gestione del banco (LabView). Dopo aver implementato il modello di controllo in LabView e dopo aver creato l’interfaccia grafica di utilizzo per l’utente, si sono eseguite le prove di validazione. Il risultato è stato positivo, il controllore soddisfa le richieste sia nelle simulazioni che nella realtà. Riesce a stabilizzare il sistema intorno al ∆T impostato mantenendosi pienamente dentro il limite imposto di ±0,5°C. Il ∆T di 40°C però, non è fisicamente raggiungibile a causa di un ristagno di acqua molto calda localizzato solo nei pressi della resistenza riscaldante. Si viene a creare quindi un limite fisico della macchina e non del controllore. Il vaso comunicante progettato e costruito riesce a livellare le vasche in qualsiasi condizione operativa. Infine, grazie alle simulazioni dei modelli matematici e ai rilevamenti sperimentali, risulta che entrambe le vasche necessitano dell’isolamento. In conclusione posso affermare che l’obiettivo è stato raggiunto, il regolatore riesce a eseguire il compito assegnatogli entro, chiaramente, i limiti dell’hardware.

Item Type: Thesis (Diploma)
Supervisors: Montorfano, Davide and Bianchi, Mikael
Subjects: Meccanica
Divisions: Dipartimento tecnologie innovative > Ingegneria meccanica
URI: http://tesi.supsi.ch/id/eprint/2495

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