CP1 Lista 1

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Serviço Público Federal – Ministério da Educação
Universidade Federal de Uberlândia – Faculdade de Engenharia Química
Curso de Graduação em Engenharia Química
Controle de Processos Químicos I – Prof. Adilson J. de Assis (ajassis@ufu.br)
LISTA DE EXERCÍCIOS nº 1
ASPECTOS GERAIS DA ÁREA DE INSTRUMENTAÇÃO
EXERCÍCIOS RESOLVIDOS/COMENTADOS:
1)
O processo descrito neste P&ID é uma coluna de destilação, com refervedor (trocador de calor) no fundo,
que utiliza com utilidade vapor d’água (“steam”), condensador (trocador de calor) no topo, que utiliza 
fluido refrigerante não especificado, dois tanques de armazenamento (um para a alimentação ­ “feed 
tank” ­ e  outro para o produto destilado ­ “storage tank”). Há várias malhas de controle, cada uma com 
respectiva numeração, com instrumentos montados tanto no campo, quanto no painel principal 
acessível aos operadores/engenheiros. 
Malha de controle nº 110: um medidor e transmissor de vazão nº 110 (FT 110), montado no campo, 
transmite o sinal medido da vazão de vapor (“steam”) de forma eletrônica analógica ou sinal elétrico, na 
faixa de 4 a 20 mA, 1 a 5 V,  para um controlador de vazão (FC 110), montado no painel principal, que 
por sua vez envia o sinal elétrico de controle para uma válvula de controle de vazão (FV 110), montada 
no campo. A FV 110 é uma válvula de gaveta, com acionamento pneumático, que em situação de falha 
no fornecimento de ar comprimido permanecerá fechada (FC), impedindo assim a chegada de vapor na 
coluna, condição esta que respeita a segurança do processo evitando um sobreaquecimento da coluna em
caso de falha na instrumentação. 
Malha de controle nº 115: um medidor e transmissor de pressão (PT 115) localizado no topo da coluna
de destilação envia um sinal elétrico de pressão a um controlador de pressão (PC 115), montado no 
painel principal, que por sua vez aciona uma válvula de controle de pressão (PV 115), montada no 
campo. A PV 115 é uma válvula de gaveta, com acionamento pneumático, que em situação de falha no 
fornecimento de ar comprimido permanecerá aberta (FO), permitindo assim que a corrente de “vent” 
continue a purgar os gases não condensados no condensador em caso de falha na instrumentação, 
evitando assim um aumento indesejado da pressão no condensador. 
Malha de controle nº 114: um medidor e transmissor de vazão (FT 114), montado no campo, na 
corrente de refluxo logo após um bomba centrífuga, envia um sinal elétrico para um controlador de 
vazão (FC 114), montado no painel principal, que por sua vez aciona uma válvula de controle de vazão 
(FV 114), montada no campo, na corrente de refluxo da coluna. A FV 114 é uma válvula de gaveta, com 
acionamento pneumático, que em situação de falha no fornecimento de ar comprimido permanecerá 
aberta (FO), permitindo assim que a corrente de refluxo à coluna continue a fluir em caso de falha na 
instrumentação, evitando assim um aumento indesejado da pressão no condensador. O FC 114 também 
toma a ação de controle se baseando na informação fornecida por um controlador de nível (LC 117), 
montado no campo, que por sua vez recebe simultaneamente sinais de um transmissor de nível (LT 
117), montado no campo, no tanque de condensado, e de um transmissor de vazão (FT 111), montado no 
campo, na linha de alimentação da coluna; como esta medida de vazão (FT 111) é a da alimentação da 
coluna, trata­se de uma informação antecipatória (“feedforward”), na tentativa de antecipar o efeito de 
perturbações na vazão de alimentação da coluna sobre o desempenho desta, compensando tais 
perturbações através da manipulação da razão de refluxo ou razão de destilado, na tentativa de manter 
inalteradas as composições de fundo e de destilado da coluna de destilação. 
Legenda adicional:
FO ­ “Fail Open” : válvula que deve permanecer aberta em caso de falha na malha de controle, por 
questões de segurança do processo, já que a mesma está instalada em uma linha de “vent”, que é um 
tipo de purga de gases não condensados no condensador da coluna de destilação.
FC ­ “Fail Close”: válvula que deve permanecer fechada em caso de falha na malha de controle, por 
questões de segurança do processo.
Feedforward – tipo de contole que se contrapõe ao “feedback”; é um controle antecipatório, ou seja, 
tenta­se rejeitar as perturbações do processo antes que estas afetem o mesmo. No controle “feedback” as
perturbações afetam o processo antes que seus efeitos sejam sentidos nos instrumentos de medida e as 
ações de controle tomadas a partir destas medidas. 
RTD – Detector Resistivo de Temperatura (“resistance temperature detector”), um tipo de instrumento 
de medida de temperatura que se baseia na mudança da resistência com a temperatura. 
Overheads – produtos de topo da coluna de destilação.
Bottoms – produtos de fundo da coluna de destilação.
2) O termo transmissor é usado também para dispositivos que integram sensor, transdutor e 
transmissor ao mesmo tempo.
PORQUE
Denomina­se transmissor o dispositivo que prepara o sinal de saída de um transdutor para utilização a 
distância.
Analisando­se as afirmativas acima, conclui­se que
(A) as duas afirmações são verdadeiras, e a segunda justifica a primeira.
(B) as duas afirmações são verdadeiras, e a segunda não justifica a primeira.
(C) a primeira afirmação é verdadeira, e a segunda é falsa.
(D) a primeira afirmação é falsa, e a segunda é verdadeira.
(E) as duas afirmações são falsas.
3) Segundo a norma ISA 5.1, o sistema ilustrado representa um controle auto­operado de
(A) nível
(B) pressão
(C) vazão
(D) temperatura
(E) visor de nível
COMENTÁRIO: A identificação funcional é feita de acordo com os objetivos de controle da malha e não 
com a sua construção. Por exemplo, um medidor/transmissor diferencial de pressão que for usado para 
medir a queda de pressão em uma placa de orifício objetivando a medição da vazão será representado 
como FT e não como PDT, da mesma forma que uma válvula que seja utilizada para controlar uma 
malha de pressão será indicada como PV e não como FV.
4) O “tag” do equipamento/instrumento PDAL­101­02 B deve ser lido da seguinte forma: 
Variável: PD – diferença de pressão; Função: AL – alarme de baixa (“low”) [no caso de valores de 
diferença de pressão abaixo do desejado]; Número da malha: 101 – número sequencial da malha; 
Área/unidade: 02 – número da unidade ou planta; Sufixo: B – redundância dupla ou tripla.
5) Identifique o instrumento tendo como base sua sigla de acordo com a ISA­S5:
TRC – Controlador registrador de temperatura
PDIC – Controlador indicador de pressão diferencial
LAH – Alarme de nível elevado
FAL – Alarme de baixas vazões
6) Faça a leitura do P&ID completo e simplificado dos controles presentes em um trocador de calor:
SOLUÇÃO: A vazão registrada é obtida 
pelo uso de uma placa de orifício,
transmissor de vazão, extrator de raiz 
quadrada montado atrás do painel,
e um registrador de duas penas montado
no painel. A entrada do
registrador de pressão é proveniente do 
transmissor de pressão que
recebe a leitura do lado de baixa vazão 
da placa de orifício. O sinal é
pneumático. A leitura de temperatura do
fluido na saída é feita através de
um instrumento tipo resistência, 
conectado a um controlador registrador
de temperatura, com saída eletrônica 
que modula uma válvula de controle tipo esfera, tendo um atuador cilíndrico e, por consequência, com 
conversão interna de sinal eletrônico para hidráulico. Existe um alarme para baixa temperatura.
A figura ao lado usa uma simbologia 
simplificada para representar que um
gás é aquecido e esta temperatura é 
controlada por um controlador
montado no painel. O fluido de 
aquecimento é controlado por uma 
válvula de controle, e registrado para o 
gás a vazão, pressão e temperatura de 
saída, e existe um alarme de baixa 
temperatura.
EXERCÍCIOS PROPOSTOS:
1) O que são malhas de controle?
2) Quais são os principais elementospresentes em uma malha de controle?
3) Quais são as principais finalidades de um controle em um processo?
4) O que é um elemento sensor? Quais os principais presentes na indústria química?
5) O que é um transdutor? Qual sua função em uma malha de controle?
6) Como os sinais são transmitidos em uma indústria química?
7) O que é um elemento final de controle? Quais os principais de interesse na indústria química?
8) O que diferencia uma malha de controle fechada de uma aberta?
9) Como podem ser os indicadores em relação aos valores indicados?
10) O que se chama de controlador em instrumentação industrial?
11) Qual a diferença entre variável medida, controlada e manipulada em uma malha de controle?
12) Qual a função de um elemento final de controle? Qual o mais comum em uma indústria química?
13) O que é ISA­S5?
14) O que é “tag” de um instrumento?
15) Quais são as características, vantagens e desvantagens da transmissão pneumática?
16) Quais são as características, vantagens e desvantagens da transmissão eletrônica analógica?
17) Quais são as características, vantagens e desvantagens da transmissão eletrônica digital?
18) O que são protocolos de transmissão de sinais em instrumentação industrial?
19) O que se entende por Fieldbus? E por Foundation Fieldbus?
20) [PESQUISA ADICIONAL] O que são padrões RS­232, RS­485 e Ethernet? Qual a relação destes 
padrões com os protocolos Modbus e Profibus?
21) O que é o “set point” em uma malha de controle?
22) O que significa o conceito “zero vivo” em telemetria? Cite pelo menos dois exemplos.
23) O processo a seguir é um exemplo de processo em malha fechada ou aberta? Justifique.
24) A simbologia ilustrada na figura ao lado representa um:
a) medidor de vazão tipo bocal
b) medidor de vazão tipo tubo venturi
c) indicador de vazão de área variável tipo rotâmetro
d) elemento primário de vazão com transmissor incorporado
e) indicador e totalizador de vazão tipo deslocamento positivo
25) Um instrumento que mede temperatura tem sua faixa de medida (range) –100º C a 200º C. O 
alcance (span) referente a esse instrumento é:
a) ­200º C
b) ­100º C
c) 100º C
d) 200º C
e) 300º C
26) Um transmissor inteligente utiliza a rede Foundation Fieldbus (FF) para comunicação e controle 
entre os instrumentos do processo. Observa­se que, nessa rede,
a) a variação de corrente de 4 mA a 20 mA é utilizada como padrão.
b) a comunicação é sempre ponto a ponto.
c) a utilização da modulação FSK é permitida.
d) as funções como diagnóstico fazem parte dos blocos transdutores.
e) os blocos transdutores são responsáveis pelos seus recursos.
27) Segundo a norma ISA 5.1, a figura ao lado deve ser utilizada para
representar uma válvula
a) manual na linha de um sinal pneumático
b) reguladora de nível tipo boia com sistema mecânico de atuação
c) autorreguladora de impulso externo para redução de pressão
d) autorreguladora de impulso interno para redução de pressão
e) de orifício manualmente ajustável na linha de sinal pneumático
28) Segundo a Norma ISA 5.1, a figura abaixo deve ser utilizada para representar um meio de 
transmissão de sinais
a) mecânicos
b) eletromagnéticos
c) pneumáticos
d) hidráulicos
e) de dados ou software
29) Segundo a Norma ISA 5.1, a figura ao lado é um exemplo de um
a) switch para baixas temperaturas com uma saída por alarme.
b) switch para baixas temperaturas com duas saídas por alarme.
c) indicador de temperatura, ligado a um switch de separação manual.
d) indicador de temperatura, ligado a um switch de separação
eletromecânica.
e) regulador para altas temperaturas com duas saídas.
30) Uma vez que uma única análise não fornece informações sobre a variabilidade dos resultados, 
geralmente os químicos utilizam entre 2 e 5 porções (réplicas) de uma amostra para realizar um 
procedimento analítico completo. A reprodutibilidade das medidas é descrita pela precisão. Geralmente, 
a precisão de uma medida é prontamente determinada simplesmente pela repetição da medida em 
réplicas da amostra. Já a exatidão é a proximidade de um valor medido em relação a um valor 
verdadeiro ou aceito. A figura abaixo ilustra a exatidão e precisão utilizando a distribuição de dardos 
como modelo. Após a análise das ilustrações abaixo, identifique os dardos que indicam baixa exatidão e 
alta precisão:
31) Após o desenvolvimento de uma metodologia analítica, deve­se proceder à sua validação, que 
significa fazer com que ela atenda às exigências das aplicações analíticas, assegurando a confiabilidade 
dos resultados. Para tanto, alguns parâmetros devem ser satisfeitos. Analise as afirmativas abaixo, 
como VERDADEIRAS ou FALSAS, que descrevem alguns destes parâmetros.
(   ) A precisão, em validação analítica, abrange a repetibilidade, precisão intermediária e 
reprodutibilidade.
(   ) A exatidão de um método expressa a concordância entre o valor encontrado na medição e o valor 
aceito como verdadeiro ou referência; a precisão representa o grau de dispersão de resultados entre 
ensaios independentes, repetidos de uma mesma amostra, amostras semelhantes ou padrões, sob 
condições definidas.
(   ) A reprodutibilidade representa a máxima diferença aceitável entre duas repetições – dois resultados
independentes – do mesmo ensaio e no mesmo laboratório, sob as mesmas condições; já a repetibilidade 
é a máxima diferença aceitável entre dois resultados individuais, um em cada um de dois laboratórios, 
para um mesmo processo e com demais condições de acordo com o especificado.
32) A medição de vazão com placas de orifício, que está limitada a uma _______________ de 3 para 1, ou 
como costuma ser expressada, 3:1. Isso significa dizer, por exemplo, que, para uma vazão máxima de 
150 m³/h, a vazão mínima será de um terço desse valor, ou 50 m³/h. A palavra que completa 
corretamente o espaço em branco é:
(   ) Exatidão (   ) Precisão (   ) Rangeabilidade (   ) Zona morta (   ) Sensibilidade
33) O span do termômetro ao lado é de: 
34) No manômetro ao lado
      • o range é de: 
      • o fundo de escala é de: 
      • o span é de:  
35) O máximo erro de um valor da variável quando se
percorre a faixa no sentido ascendente e descendente é chamado de:
(   ) Exatidão (   ) Histerese (   ) Rangeabilidade (   ) Zona morta (   ) Sensibilidade
36) A máxima variação que uma variável possa ter tanto ascendente e descendente sem apresentar 
resposta no instrumento é denominada:
(   ) Exatidão (   ) Precisão (   ) Rangeabilidade (   ) Zona morta (   ) Sensibilidade
37) O fluxograma de instrumentação 
(P&ID) ao lado representa uma proposta 
de controle utilizado na automação 
industrial, feita por um engenheiro 
químico júnior.
a) Identifique cada elemento presente 
neste P&ID.
b) Onde cada instrumento está localizado?
c) Ao revisar este P&ID um engenheiro 
químico sênior identificou um erro 
conceitual. Auxilie o engenheiro químico 
júnior a identificar e corrigir tal erro.
Legenda complementar:
MV – Variável manipulada (Manipulated
Variable). Variável sobre a qual o 
controlador atua para controlar o 
processo, 
como posição de uma válvula, tensão 
aplicada a uma resistência de 
aquecimento, etc. 
PV ­ Variável de processo (Process 
Variable). Variável que é controlada no 
processo, como temperatura, pressão, 
umidade, etc. 
SP ou SV ­ Setpoint. Valor desejado para 
a variável de processo. 
38) A partir de uma análise do fluxograma
resumido ao lado, que está de acordo com a
norma ISA S5. 1, conclui­se que o 
(A) controle de nível está no transmissor.
(B) controle de vazão está no transmissor.
(C) transmissor é pneumático e está no campo.
(D) transmissor está no campo.
(E) transmissor é de nível e está no campo.
39) Segundo a norma ISA S 5.1, a representação correspondente a um
transmissor de densidade do tipo pressão diferencial conectado externamente
ao reservatório é
40) Os sistemas de controle são classificados em dois tipos: sistemasde
controle em malha aberta e sistemas de controle em malha fechada. A
distinção entre eles é que, na malha
(A) aberta, a ação de controle é independente da saída.
(B) aberta, a ação de controle é dependente da saída.
(C) fechada, a ação de controle é independente da saída.
(D) fechada, a ação de controle é a saída.
(E) fechada ou na aberta, a ação de controle é dependente da saída.
41) Um transmissor envia seus dados de processo através de um sinal
analógico de 4 mA a 20 mA.
A rede de campo que utiliza esse sinal como portadora para envio de dados
digitais é chamada
(A) Interbus
(B) Modbus
(C) Profibus PA
(D) Profibus DP
(E) HART
42) Um transmissor utiliza a rede Profibus DP, cuja denominação é periferia
distribuída, para enviar seus dados a um controlador lógico programável.
Essa comunicação é digital e utiliza o padrão físico
(A) Ethernet
(B) RS­232
(C) RS­485
(D) RS­422
(E) Modbus
43) Segundo a curva de calibração ilustrada ao lado, para uma
saída de 1,5 V, a temperatura medida, em Celsius, é
(A) 100
(B) 50
(C) 30
(D) 15
(E) 1,5
44) A figura a seguir mostra o P&ID de uma coluna de destilação que tem como função separar benzeno 
de tolueno. Identifique cada elemento deste diagrama de acordo com a norma ISA­S5.1.
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