Instrumentação Industrial - Atividade de Pesquisa I

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Atividade de Pesquisa: Instrumentação Industrial
 Miguel Alves da Costa Neto 22 12 2022
01 - Um cartão de entrada analógico é conectado a um transmissor de temperatura, e a tem
peratura do processo varia de 0 a 400 °C e fornece um sinal de 0 a 12 Vcc, proporcional à variável
do processo. Qual é a relação entre a variação da variável do processo e a entrada analógica do
CLP?
A faixa de variação de temperatura será 400 °C – 0 °C = 400 °C.
A faixa de variação da entrada analógica do cartão é 12 Vcc – 0 Vcc = 12 Vcc.
Assim, a variação de tensão para cada grau de variação de temperatura será:
02 - Defina os seguintes termos:
a) Variável de processo (PV). 
É uma condição de processo que pode alterar a produção de alguma forma. Em outras palavras, é
a variável que se deseja controlar em um processo. 
b) Setpoint (SP). 
É o valor que se deseja manter para a variável de processo.
c) Variável manipulada (MV).
Grandeza que é alterada para manter a variável de processo no valor desejado.
d) Erro(offset).
É a diferença entre a variável de processo e o setpoint, e pode ser positiva ou negativa.
03 - Considerando a norma ISA, quais são os instrumentos representados pelas nomenclaturas?
TT: transmissor de temperatura.
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INSTRUÇÕES:
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12
400
=0,03Vcc /°C
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TSH: chave de temperatura alta
TSHH: chave de temperatura muito alta
LSH: chave de nível alto
LSLL: chave de nível muito baixo
PT: transmissor de pressão
FY: conversor de vazão
PIT: transmissor indicador de pressão
04 - Apresente as seguintes definições básicas sobre medição de temperatura: 
a) Calor especifico
É a quantidade de calor que quando absorvido por 1 kg de uma determinada substância é capaz de
aumentar a temperatura em 1 °C.
b) Condutividade térmica
É a taxa na qual o calor é transmitido através de um corpo e depende do material desse corpo.
c) Calor latente
É a quantidade de energia por unidade de massa que deve ser transferida em forma de calor
durante a mudança de estado físico da matéria, sem variar a temperatura, de uma determinada
amostra ou substância.
d) Calor sensível
É a quantidade de calor necessária para variar a temperatura de um corpo sem que haja variação
de estado físico da matéria
05 - O que é selagem? Por que é empregada para medições de pressão?
É um sistema preenchido com líquidos incompressíveis, instalados entre o instrumento de medição
e o fluido de processo, capaz de transmitir hidraulicamente a pressão do processo para o elemento
de medição de pressão, sem que haja contato do elemento de medição e o fluido de processo. O
sistema de selagem é empregado para isolar o instrumento do processo e evitar os seguintes
problemas em sistemas de medição de pressão:
- evitar congelamento ou depósito de fluido do processo no elemento de medição devido a
variação de temperatura;
- evitar que fluidos nocivos, radioativos ou corrosivos possam entrar em contato com o elemento
de medição;
- evitar que fluidos viscosos fiquem fixados no instrumento de medição.
06 - Quais as vantagens e desvantagens de se utilizar um medidor de nível por borbulhamento?
Vantagens:
- é fácil de instalar e calibrar;
- a parte eletrônica do sensor fica afastada do fluido a ser medido, somente os tubos ficam em
contato com a água;
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- não é afetado por espumas na superfícies;
- não é obstruído facilmente por água suja.
Desvantagens:
- necessita de um fornecimento constante de ar com seu respectivo sistema de tratamentos;
- o ar utilizado deve ser o ar de instrumento, seco e isento de óleo, ou de qualquer gás inerte. O
líquido não deve conter sólidos em suspensão, e sua densidade deve se manter constante.
07 - Apresente o principio de medição de nível por pressão diferencial e descreva com o auxilio de
figuras as configurações e equações para: 
Na medição de nível por pressão diferencial, usamos a pressão exercida pela coluna líquida para
medirmos indiretamente o nível, como mostra o teorema de Stevin:
P=h. ρ .g
P = pressão
h = altura da coluna do líquido
ρ= densidade relativa
g= aceleração devido a força da gravidade
Considerando a densidade e a aceleração constantes, a única variável que é alterada é a altura da
coluna de água.
A pressão diferencial pode ser obtida pela detecção de duas pressões separadamente, e pela
diferença das mesmas pode-se obter o nível do líquido.
a) Tanque aberto. 
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b) Tanque aberto com supressão de zero. 
Nível em0%
P0%=PH −PL
P0%=Lmin .d
Nível em100%
P100%=PH −PL
P100%=Lmax .d
¿
Nível em0%
P0%=PH −PL
P0%=(Lmin+s) .d
Nível em100%
P100%=PH − PL
P100%=Lmax .d+s .d
¿
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c) Tanques fechados e pressurizados.
d) Tanque fechado com fluido corrosivo.
Nível em0%
P0%=PH −PL
P0%=Lmin .d−Lmax .d
Nível em100%
P100%=PH − PL
P100%=Lmax .d− Lmax .d=0
¿
Nível em0%
Δ P0%=PH −PL
Δ P0%=( Lmin .d ) − (h .ds )
Nível em100%
Δ P100%=PH − PL
Δ P100%=( Lmax .d ) − (Lmax .ds )
¿
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08- Descreva o principio de funcionamento dos medidores que empregam ultrassom no seu
principio de funcionamento: 
a) tempo de trânsito; 
Estes dispositivos medem o escoamento por meio do tempo que a energia ultrassônica leva para
atravessar a seção de uma tubulação no mesmo sentido e no sentido contrário ao escoamento,
como mostra a figura.
 
b) diferença de frequência; 
Nestes medidores é empregado o inverso do tempo de trânsito (a frequência) para a medição.
Com os valores de frequência do sensor 1 para o sensor 2 e do sensor 2 para o sensor 1 é possível
determinar a variação da frequência, que é dada por:
Onde ,
V é a velocidadedo fluido;
C é avelocidade dosom nofluido ;
Lé adistância entre os transdutoresno fluido ;
θ é oângulodoultrassomem relaçãoaoeixo x ;
Tempo paraaenergiaultrassônica ir do sensor 1 parao sensor 2
t 12=
L
C+V . cos (θ )
Tempo paraaenergiaultrassônica ir do sensor 2 parao sensor 1
t 21=
L
C −V . cos (θ )
Subtraindoasegunda equaçãoda primeira ,obtem−se :
V=L
2cos (θ )
.
t 21−t 12
t 12 . t21
Assim ,conhecendo− sea área pode− secalcular a vazãode fluido .
Δ F=1
T 12
−1
T21
Δ F=C+V .cos (θ )
L
−C −V . cos (θ )
L
=
2 .V . cos (θ )
L
V=Δ F . L
2.cos (θ )
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c) Doppler.
O transmissor de um medidor de vazão tipo Doppler envia um feixe de ondas ultrassônicas em
uma frequência de 0,5 MHz no fluxo de escoamento e detecta a frequência refletida, que é
deslocada proporcionalmente à velocidade do escoamento. A diferença entre a velocidade
transmitida e refletida é chamada de frequência de batimento, e seu valor tem uma relação direta
com a velocidade da reflexão nas superfícies contidas na corrente de escoamento do processo.
Na figura abaixo é mostrada uma onda ultrassônica projetada em um ângulo através da parede da
tubulação no líquido e transmitida em um cristal piezoelétrico montado no lado de fora da
tubulação . Parte da energia é refletida pelas bolhas e partículas no líquido retornam através da
parede da tubulação para um receptor. Como os elementos refletores viajam na velocidade do
fluido, a frequência da onda refletida é deslocada de acordo com a velocidade de escoamento,
permitindo a medição de vazão.
09 - Apresente as características, vantagens e desvantagens das seguintes válvulas de controle:a) Globo. 
Essa é uma válvula de deslocamento linear, corpo de duas vias, apresentando um formato globular
– daí o seu nome. Pode possuir sede simples ou sede dupla.
Tem como característica o deslocamento de haste, e sua conexão com a linha é feita geralmente
por meio de flanges. 
Nesse tipo de válvula, o fluxo sempre está em contato com o obturador, fazendo com que o torque
necessário para o fechamento seja sempre maior do que para a abertura.
Vantagens
- modulação eficiente com boa velocidade de resposta;
- controle fino (boa resolução).
Desvantagens
- alta queda de pressão na linha;
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- custo relativamente elevado em comparação aos outros tipos de válvulas.
b) Diafragma. 
Esse tipo de válvula, cuja configuração é totalmente diferente da das outras válvulas de controle, é
utilizado no controle de fluidos corrosivos, líquidos altamente viscosos e líquidos com sólidos em
suspensão. É constituída de um corpo e uma haste que atua movimentando um diafragma flexível
preso ao corpo e castelo, deslocando-se para controlar o fluxo. Devido ao fato de sua entrada e
saída serem simétricas, pode ser montada com qualquer dos lados para entrada do fluxo. Nessa
válvula, tanto o castelo quanto o mecanismo de acionamento ficam isolados do fluido do processo
através do diafragma, o que reduz o seu custo de fabricação.
Vantagens
- baixo custo;
- total estanqueidade quando fechada;
- facilidade de manutenção;
- bidirecional;
- rápido acionamento.
Desvantagens
- não apresenta uma boa característica de vazão para controle;
- força de atuação alta e não uniforme (limitada em diâmetros de até 6”);
- a utilização é limitada pela temperatura do fluido em função do material do diafragma;
- não é recomendada para aplicações com alta pressão.
c) Borboleta.
É talvez a mais comum das válvulas rotativas utilizadas para controle em aplicações com baixa
queda de pressão e com grandes faixas de vazão. Essa válvula consiste em um corpo tipo anel
circular, em cujo interior oscila, entre dois mancais, um disco que faz as vezes do obturador.
A sede da válvula é a própria parede interna do corpo. Seu corpo pode ser com ou sem flange
(wafer), com diâmetros que variam de 2” até 24”. Geralmente é especificada em diâmetros de 4” e
superiores, apresentando simplicidade de funcionamento, baixo custo, pouco peso, menor espaço
de instalação e razoável característica de vazão. Para temperaturas e pressões elevadas, existe uma
versão com corpo internamente revestido, proporcionando uma vedação estanque.
Possui um corpo com formato que permite a utilização de revestimento interno com elastômeros.
A válvula borboleta tem uma ampla faixa de aplicações até em fluidos corrosivos, tornando-se uma
solução bastante econômica.
A válvula borboleta é recomendada para processos com abertura e fechamento rápidos ou com
modulação. Devido ao fato de o disco ficar submetido ao escoamento do fluido, a válvula borboleta
apresenta uma considerável perda de carga, bem como redução do coeficiente de vazão. Sua
entrada e saída são simétricas, podendo assim ser empregada em escoamentos de qualquer
direção.
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Tem como aplicações: líquidos, gases, lodo e outros líquidos com sólidos em suspensão.
Vantagens
- baixo custo;
- pouca manutenção;
- bidirecional;
- pequeno peso.
Desvantagens
- alto torque necessário para o controle;
- perda de carga considerável;
- redução no coeficiente de vazão;
- sofre cavitação em baixas pressões, controle linear e igual porcentagem.
d) Esfera.
É um tipo de válvula cujo obturador é uma esfera criteriosamente vazada para permitir passagem
plena ou parcial de um determinado fluido. Tem grande aplicação em situação de bloqueio (on-
off), sendo também aplicada em alguns casos para controle modulado em malha fechada para
fluidos viscosos ou com sólidos em suspensão. 
Devido ao seu sistema de assentamento com dupla sede, essa válvula permite um bom
desempenho de controle com um alto grau de estanqueidade, possibilitando controle em qual-
quer direção de fluxo.
Considerando as características geométricas dos seus internos, apresenta uma alta tendência à
cavitação, tendendo também a atingir condições de fluxo crítico pressões diferenciais
relativamente menores que outros tipos de válvulas. As forças dinâmicas provenientes do fluido
fazem com que essa válvula trabalhe sempre tendendo a fechar e, por isso, ela é uma válvula não
balanceada. Em processos que empregam fluidos compressíveis, sujeitos a golpes de aríete,
recomenda-se um fechamento e abertura suaves.
A válvula esfera é a que apresenta maior capacidade de fluxo, por ser a sua passagem pra-
ticamente livre, sem restrições. Em relação ao tipo globo, chega a alcançar três a quatro vezes
maior vazão.
É recomendada para a maioria dos líquidos, inclusive em altas temperaturas, lodo, lama, água com
sólidos em suspensão.
Vantagens
- baixo custo;
- alta capacidade;
- boa vedação com baixo torque;
- baixa manutenção;
- tamanho e peso reduzidos;
- abertura e fechamento rápidos, com um movimento de 90o da esfera;
- pequena perda de carga;
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- pode ser empregada com fluidos com alto percentual de impurezas.
Desvantagens
- baixa capacidade de modulação com velocidade de resposta limitada;
- suscetível à cavitação.
10 - Apresente o principio de funcionamento, as vantagens e desvantagens dos sensores ópticos: 
a) Retrorreflexivo. 
O retrorreflexivo é o sensor óptico mais sofisticado de todos. Nesse tipo de sensor, o emissor e o
receptor estão localizados em uma unidade.
O sensor opera similarmente ao sensor de barreira, no qual um objeto passa em frente a ele e
bloqueia o feixe de luz enviado. Nesse caso a luz que está sendo bloqueada é a mesma que retorna
de um refletor. Dessa forma, esse sensor não necessita de cabeamento adicional, pois o emissor e
o receptor estão alocados no mesmo sensor.
Nessa configuração, o objeto reflexivo pode ser um espelho prismático ou fitas refletoras. Elas não
precisam ser alinhadas perfeitamente perpendiculares ao detector, sendo permitido um
desalinhamento de até 15°, sem reduzir a margem de detecção do sensor.
Os detectores por feixe retrorreflexivo são mais fáceis de instalar que os de feixe transmitido.
Somente a unidade emissora/receptora deve ser instalada e conectada.
Esses sensores são indicados para detectar objetos opacos, translúcidos e até transparentes. Em
aplicações com alvos brilhantes ou altamente reflexivos eles devem ser detectados, pois as
reflexões do próprio alvo podem ser indicadas como se fossem do refletor.
Vantagens
- maior facilidade de instalação que o do tipo barreira, pois tem corpo único e é de fácil
alinhamento;
- menor custo em relação ao feixe transmitido, porque a fiação é mais simples (corpo único);
- possibilidade de detecção de objetos transparentes, para os quais sempre há uma atenuação,
permitindo ajustes no potenciômetro de sensibilidade do sensor de forma a detectar esse objeto;
- os objetos podem ser opacos, translúcidos e até transparentes.
Desvantagens
- uma possível falha no emissor é avaliada como detecção de um objeto;
- o espelho prismático ou fitas refletoras podem se sujar, provocando falhas no funcionamento;
- possui alcance mais curto que o feixe transmitido;
- pode não detectar objetos brilhantes (usar a polarização);
- possui menor margem de detecção que o sensor de feixe transmitido.
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b) Difuso-refletido.
O sensor difuso-refletido tem o emissor e o receptor de luz alocados na mesma unidade. Dessa
forma, a luz do emissor do objeto alvo reflete no próprio objeto a ser detectado, sendo espalhadapela superfície do alvo em todos os ângulos possíveis. Uma parte é refletida e captada pelo
receptor, o que ocasiona a comutação da saída do sensor. Quando não existe objeto presente,
nenhuma luz é refletida para o receptor e a saída do sensor não é comutada. 
Os sensores difuso-refletidos ópticos são mais convenientes em muitas aplicações devido ao fato
de o emissor e o receptor estarem alocados no mesmo sensor, o que facilita o cabeamento.
Esse tipo de sensor não gera bons resultados com alvos transparentes ou que tenham baixa
refletividade (superfícies rugosas ou escuras).
Dessa forma, o sensor tem maior alcance para objetos com superfícies claras em comparação com
as escuras.
Vantagens
- não é necessário um refletor (fita refletora) ou espelho;
- dependendo do ajuste, diferentes objetos podem ser detectados;
- os objetos podem ser translúcidos, transparentes ou opacos e mesmo assim uma porcentagem
da luz é refletida.
Desvantagens
- para menores distâncias é requerida menor reflexão das superfícies dos materiais;
- para maiores distâncias, são necessárias maiores taxas de reflexão.