D1 - CONTROLE e instrumentacao_2020_

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Nota: 
( ) Prática de Laboratório ( ) Segunda Oportunidade 
 
( ) Exercícios (x ) D1 
 
( ) Prova Modular ( ) D2 
 
( ) Prova Global ( ) D3 
 
( ) Exame Final/Exame de Certificação ( ) A1 
( ) Aproveitamento Extraordinário de Estudos ( ) A2 
Disciplina: Instrumentação industrial e controle de processos Turma: EQU6BN-AGA Professor: Janaina Karine Andreazza Data: 15/10/2020 
Aluno (a): 
Avaliação de Desempenho 1 – D1 
Você deverá resolver a prova a mão e tirar uma foto (ou scanear) da folha de resolução e encaminhar para o email (janaina.andreazza@prof.unisociesc.com.br) até as 23h00 do dia 15/10/2020. Data da avaliação: 15/10/2020 
Horário: 20h00 e 23h00. 
Questão 1 (3,0 pontos): O processo de mistura é largamente utilizado pelas indústrias para assegurar que o produto final atinja as especificações requeridas. Considere o sistema de mistura representado pelo tanque agitado da figura a seguir 
. 
O objetivo desse processo é misturar duas correntes para obter um produto de saída com uma concentração desejada (x). A corrente 1 é uma mistura de duas espécies químicas A e B, sendo considerada sua vazão mássica w1 constante, entretanto sua concentração x1 varia com o tempo. A corrente 2 consiste no produto A puro (x2 = 1). A vazão mássica da corrente 2 pode ser manipulada por uma válvula de controle. A concentração do produto de saída (x) é a variável de processo. Proponha configurações de controle feedback (malha fechada), feedforward (malha aberta) para atingir os objetivos de controle. 
Questão 2 (2,0 pontos): Preencha corretamente os parênteses de acordo com as definições apresentadas: 
(1) Banda proporcional 
(2) Controle proporcional integral (PI) 
(3) Controle proporcional (4) Controle derivativo 
(5) Controle integral 
( ) Tipo de controlador que corrige o erro e elimina o offset. ( ) Tipo de controlador que apresenta uma saída com erro em situações em que a natureza da medição é ruidosa. 
( ) O percentual de variação no erro que causa uma variação de 100% na saída do controlador. 
( ) Um tipo de controlador que tem como característica apresentar um offset na resposta. 
( ) Controlador que repete a ação do modo proporcional enquanto existir erro
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Questão 3 (2,0 pontos): Considere o sistema de refrigeração representado na figura seguinte, no qual se deseja manter a temperatura de um determinado equipamento em um valor desejado. Dado esse processo, aponte o elemento de medição, setpoint, elemento final de controle e descreva o sistema em um diagrama de bloco em malha fechada. 
Questão 4 (2,0 pontos): Leia os textos a seguir. 
Texto I 
Controladores PID são de extrema importância em operações de equipamentos industriais que precisam ter suas variáveis controladas. A função de transferência que descreve um sistema de primeira ordem é da seguinte forma: 
���� =����−���� 
���� + 1 
onde K é o ganho, θ é o tempo morto e τ é a constante de tempo. O método gráfico, conforme mostrado na figura do texto II para um teste em malha aberta, é utilizado para determinar cada um destes parâmetros quando o sistema é submetido a uma função degrau. O ganho do controlador representa a razão entre a variação do sinal de saída e a variação do degrau, como indicado na fórmula explícita na figura. Já o tempo morto é o tempo que o controlador demora para começar a responder. Por fim, a constante de tempo é estimada como sendo o tempo que a variação do sinal PV demora para alcançar 63% do seu valor máximo. 
Texto II 
Observe a imagem a seguir. 
Texto III
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Foi feita a modelagem de três configurações diferentes de um controlador PID de 1ª ordem em malha abeta para controlar a temperatura de um reator químico. Para isso, o sistema foi submetido a uma mudança em degrau no instante inicial t=0 para que o reator passe de 300 °C para 400 °C no menor tempo possível. Os resultados dos testes são apresentados no gráfico do texto IV. 
Texto IV 
Observe a imagem a seguir. 
A partir dos resultados apresentados, avalie as afirmações a seguir. 
I. Os três testes apresentaram o mesmo tempo morto, pois os controladores nas três situações começaram a responder apenas após 1 minuto. 
II. O teste 1 não conseguiu alcançar a temperatura desejada, indicando que o ganho e a constante de tempo do controlador devem ser ajustados. 
III. O controlador deve ser projetado com a configuração do teste 3, tendo em vista que foi neste teste que o reator alcançou a temperatura desejada em menor tempo. 
IV. A diferença entre os controladores dos testes 2 e 3 é apenas o ganho da função de transferência, já que eles alcançam a temperatura desejada em instantes diferentes. 
É correto apenas o que se afirma em: 
(A) I e II. 
(B) I e III. 
(C) II e IV. 
(D) I, III e IV. 
(E) II, III e IV. 
Questão 5 (4,0 pontos): A malha de um processo produtivo no domínio da frequência é dada por uma entrada x(s), e saída w(s). O diagrama da malha é dado pela figura a seguir. 
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Qual é a função de transferência que apresenta a relação entre a saída e a entrada de sinal na malha do processo produtivo é dada por? 
Questão 6 (2,0 pontos):Em um sistema representado por uma função de transferência de 1ª ordem, em malha fechada com um controlador do tipo integral puro (KI/s), o comportamento da variável de processo (PV), a partir da variação unitária do setpoint (SP), pode ser observada a seguir. 
A função de transferência em malha fechada pode ser representada por: 
Com base nessas informações, avalie as afirmações a seguir. 
I. O sistema se instabilizará devido ao aumento excessivo do ganho do controlador. II. O controlador do tipo integral é utilizado para mitigar o erro permanente (offset) das malhas de controle. III. Quanto maior o valor do ganho da malha, mais rápida será a resposta e sem sobrevalor (overshoot). IV. A função de transferência em malha fechada proposta é de segunda ordem. 
É correto apenas o que se afirma em: 
A) II. 
B) III e IV. 
C) I, II e III. 
D) I, II e IV. 
E) I, III e IV. 
Questão 7 (5,0 pontos): O nível de um tanque deve ser controlado pela manipulação da vazão de entrada. O tanque age como um reservatório de álcool para uma reação posterior. O álcool é e bombeado a uma vazão volumétrica igual Fo(t) na entrada e a uma vazão volumétrica de saída de Fs(t). A vazão da saída pode ser determinada pela equação Fs (t) = A. h , onde A é uma constante e h é o nível do tanque. Determine: 
A) O modelo matemático que descreve este processo; 
B) O diagrama de blocos 
C) As funções transferências de cada bloco e os ganhos estáticos e dinâmico. 
BOA PROVA!
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