Identificação funcional e pressão (Thayssa)

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Automação e Instrumentação Industrial 
Exercício avaliativo: Identificação Funcional e Pressão 
3 pontos 
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 Prof. Talisson de Souza Barbosa 
Nome: Thayssa Cristina Silva RA: 671566 Data: 03/09/2024 
 
1. Para o diagrama de P&id mostrado abaixo, faça: 
a. Identifique todos os instrumentos de acordo com a ISA 5.1, incluindo os tipos 
de sinais presentes nas linhas. 
 
b. Qual a função da malha 321? 
 
 
 
 
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2. Para o diagrama de P&id mostrado abaixo, faça: 
a. Identifique todos os instrumentos de acordo com a ISA 5.1, incluindo os tipos 
de sinais presentes nas linhas. 
 
 
 
 Transmissor e indicador de vazão, localizado na malha 101, instrumento 
compartilhado montado em campo, acionado por sinal elétrico. 
 
Sensor de vazão, localizado na malha 101, instrumento compartilhado, montado em 
campo, acionado por sinal elétrico. 
 
 Controlador de estado, presença ou sequência de eventos, localizado nas malhas 101, 
102, 103 e 104, controlador programável com locação principal normalmente 
acessível ao operador, pode ser acionado por sinal elétrico (101 e 102), sinal elétrico 
binário (104) ou sinal de software (103). 
 
 Controlador de estado, presença ou sequência de eventos, localizado nas malhas 
101 e 103, instrumento compartilhado com locação principal normalmente 
acessível ao operador, acionado por sinal elétrico. 
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Chave de alto nível, localizado nas malhas 102, 104-1 e 104-2, instrumento 
discreto, montado em campo, acionado por sinal elétrico binário. 
 
 
Chave de baixo nível, localizado nas malhas 104-1 e 104-2, instrumento discreto, 
montado em campo, acionado por sinal elétrico. 
 
 
 
Transmissor indicador de nível, localizado na malha 103, instrumento discreto, 
montado em campo, acionado por sinal elétrico. 
 
 
Indicador de temperatura, localizado nas malhas 102 e 105, instrumento 
discreto, montado em campo, acionado por sinal elétrico. (OBS: na malha 102 
está escrito T1, não sei se foi erro de digitação, portanto coloquei como 
indicador de temperatura assim como na malha 105 que está como TI.) 
 
3. Uma oficina mecânica utiliza um sistema hidráulico para levantar carros 
durante manutenções. O sistema é composto por dois cilindros conectados, um 
pequeno (cilindro mestre) e um grande (cilindro escravo). O cilindro mestre tem um 
pistão com diâmetro de 2 cm, e o cilindro escravo tem um pistão com diâmetro de 20 
cm. Um mecânico aplica uma força de 150 N sobre o pistão do cilindro mestre. 
Considerando que o sistema é ideal (sem perdas) e obedece ao princípio de Pascal: 
a. Calcule a pressão gerada no fluido hidráulico pelo cilindro mestre. 
𝐴1 = 𝜋 (
𝑑1
2
)
2
= 𝜋 (
2
2
)
2
= 𝜋 𝑐𝑚2 
𝑃 =
𝐹1
𝐴1
=
150
𝜋
≅ 47,75 𝑁/𝑐𝑚2 
𝑃 = 47,75 𝑁/𝑐𝑚2 
 
b. Determine a força exercida pelo pistão do cilindro escravo sobre o carro. 
𝐴2 = 𝜋 (
𝑑2
2
)
2
= 𝜋 (
20
2
)
2
= 100𝜋 𝑐𝑚2 
𝐹2 = 𝑃𝐴2 = 47,75 ∗ 100𝜋 = 15000𝑁 
𝐹2 = 15000𝑁 
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c. Se o sistema for utilizado para levantar um carro de 1500 kg, o sistema será 
capaz de levantar o carro? Justifique sua resposta. 
𝑃𝑐𝑎𝑟𝑟𝑜 = 𝑚𝑔 
𝑃𝑐𝑎𝑟𝑟𝑜 = 1500 ∗ 10 𝑚/𝑠2 
𝑃𝑐𝑎𝑟𝑟𝑜 = 15000 𝑁 
 
Portanto, o sistema é capaz de levantar o carro, pois a força do cilindro escravo é 
suficiente para equilibrar o carro. 
 
d. Se o carro deve ser elevado por 10cm, qual deve ser o deslocamento do cilindro 
mestre? 
𝑊 = 𝐹1𝑑1 = 𝐹2𝑑2 
𝑑1 =
𝐹2𝑑2
𝐹1
=
15000 ∗ 10
150𝑁
= 1000𝑐𝑚 
𝑑1 = 10𝑚 
 
4. Em um processo industrial, deseja-se medir a vazão volumétrica de um fluido 
que escoa através de uma tubulação horizontal de 10 cm de diâmetro. Para isso, um 
tubo de Pitot é utilizado para medir a velocidade do fluido no centro da tubulação. A 
diferença de pressão registrada entre a pressão total e a pressão estática é de 1200 Pa. 
Considere que o fluido é água com densidade 𝜌 = 1000 𝑘𝑔/𝑚3 = 1000, e que a 
aceleração da gravidade é 9,81 𝑚/𝑠2 
 
a. Calcule a velocidade do fluido no centro da tubulação usando as medições do 
tubo de Pitot. 
ΔP = (
1
2
) ρ𝑣2 
𝑣 = √2
ΔP
ρ
 → 𝑣 = √2
1200
1000
 
𝑣 = 1,55 m/s 
 
b. Determine a vazão volumétrica do fluido na tubulação. 
A = π (
d
2
)
2
= π (
0,1
2
)
2
 
𝐴 ≅ 0,00785 𝑚2 
𝑄 = 𝐴𝑣 = 0,00785 ∗ 1,55 
𝑄 ≅ 0,0122 𝑚3/𝑠 
 
c. Se a vazão necessária para o processo for de 0,08 𝑚3/𝑠, o sistema está operando 
conforme a especificação? Justifique sua resposta. 
 
Não, pois a vazão medida foi igual 0,0122 m3/s, que é menor que a vazão necessária 
para operar. 
 
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5. Um medidor diferencial de pressão será utilizado para medir indiretamente o 
nível de um tanque. Como mostrado na Figura abaixo o medidor está instalado na parte 
inferior do tanque, com a conexão de alta pressão atrelada ao tanque e a conexão de 
baixa pressão está aberta para a atmosfera. Qual será a pressão indicada no medidor, 
se a altura de coluna d’água for de 5m? Assuma, 𝜌 = 1000 𝑘𝑔/𝑚3 e a pressão 
atmosférica igual a 0,95 atm. 
𝑃 = ρ𝑔ℎ = 1000 ∗ 9,81 ∗ 5 
𝑃 = 49050 𝑃𝑎 
49050 𝑃𝑎 (
1𝑎𝑡𝑚
101325 𝑃𝑎
) ≅ 0,48 𝑎𝑡𝑚 
𝑃𝑖𝑛𝑑 = 0,48 − 0,95 
𝑃𝑖𝑛𝑑 = −0,47 
 
Portanto, a pressão no ponto de medição é menor que a pressão atmosférica, pois o 
ponto está abaixo do nível do líquido do tanque. 
 
6. Explique, de forma resumida, o funcionamento do sensor de pressão capacitivo. 
Um sensor de pressão capacitivo funciona alterando a capacitância de um capacitor em 
resposta a variações de pressão. Ele é composto por duas placas condutoras separadas 
por um dielétrico. Quando uma pressão é aplicada, a distância entre as placas se altera, 
modificando assim a capacitância do sensor.