Detail předmětu

Experimentální metody

FSI-KEMAk. rok: 2023/2024

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

doc. Ing. Vítězslav Máša, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav procesního inženýrství (ÚPI)

Vstupní znalosti

Předpokládají se základní znalosti z relevantních předmětů a bsolvovaných během bakalářského studia na Fakultě strojního inženýrství VUT v Brně (např. fyzika, mechanika).

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

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


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.

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.


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.

Základní literatura

Hružík L.: Experimentální úlohy v tekutinových mechanismech, VŠB-TU, Ostrava, 2008, ISBN: 978-80-248-1912-9. (CS)
Mason R. L., Gunst R.F., Hess J. L., Statistical Design and Analysis of Experiments with Applications to Engineering and Science, USA, Wiley, 2003, ISBN 0-471-37216-1. (EN)
Medek. J.: Experimentální metody, skripta Vysoké učení technické, Brno, 1988 (CS)
Medek J., Moláček M., Uherek J.: Experimentální práce, skripta VUT Brno, 1997, ISBN 80-214-0969-X (CS)
Perry R. H., Chilton C. H.: Chemical Engineers Handbook, McGraw-Hill, 2008. (EN)
Wheeler A. J., Ganji A. R.: Introduction to Engineering Experimentation, Pearson, 2010. (EN)

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program N-PRI-P magisterský navazující 2 ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Michal Touš, Ph.D.

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

Ing. Jiří Vondál, Ph.D.
doc. Ing. Vítězslav Máša, Ph.D.
Ing. Václav Miklas

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

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz