lista de exercícios 4 - Aula 7 - Medição de Variáveis Analíticas e Atuadores Industriais

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Instrumentação e Controle de Processos 
Aula 7 - Medição de Variáveis Analíticas e Atuadores Industriais 
 
1) Qual a diferença entre medição on-line e off-line de variáveis analíticas? 
 
2) Qual a diferença entre medição extrativa e in-situ? 
 
3) Em um processo contínuo de tratamento de água por deionização, por que é 
normalmente utilizado um condutivímetro na linha de água deionizada? 
 
4) Indique dois fatores limitantes para o uso de cromatógrafos on-line para 
automação de processos industriais. 
 
5) O que causa o fenômeno de cavitação em válvulas de controle? 
 
6) Qual a diferença entre uma válvula normalmente aberta (ar-para-fechar) e 
uma válvula normalmente fechada (ar-para-abrir)? 
 
7) Válvulas com dinâmica de abertura rápida podem provocar golpe de ariete 
na linha. Porque? 
 
8) Em qual situação é necessário instalar uma válvula de retenção em uma 
linha? 
 
9) De que modo é mais vantajoso controlar a vazão em uma linha variando a 
rotação de uma bomba ao invés de utilizar uma válvula de controle? 
 
10) Cite ao menos 3 casos em que inversores de frequência podem ser 
utilizados em um ambiente industrial. 
 
11) Um pHmetro on-line é utilizado para verificar a acidez de uma solução e 
sabe-se que a acidez é provocada pela presença apenas de ácido acético. Caso o pH seja 
menor ou igual a 4, um alarme deve ser acionado. 
a) Supondo que o pHmetro possua sinal de instrumentação de 4 a 20 mA, qual 
a corrente gerada na medição da solução com 0,05M de ácido acético. 
 Dados: Ka=1,75.10
-5
 
b) O alarme é acionado com qual concentração de ácido acético? 
 
 
12) Com base no gráfico a seguir, responda: 
a) Qual deve ser a pressão (bar) no recalque da bomba para uma vazão igual a 
22 L/min considerando o uso de inversor de frequência ou válvula de 
controle. Considere motor de 2 pólos e frequência da rede igual a 60 Hz 
b) Considerando motor de 2 HP, qual a potência consumida em ambos os 
casos? 
 
 
13) Uma válvula deverá ser usada para controlar o fluxo de óleo (ρ = 0,8 g/cm³) 
a 30°C em uma linha de 1” de diâmetro para uma vazão máxima de 10 L/min. A 
pressão a montante da válvula é de 6 bar e a pressão de vapor do óleo igual a 0,8 bar. 
Com base nisto, responda: 
a) A empresa possui em estoque uma válvula globo de sede simples (Cf = 0,9) 
com capacidade para a vazão de 1 galão por minuto de fluido com uma 
queda de pressão de 1 psi. Se esta válvula for utilizada nesta aplicação, 
considerando fluxo sub-crítico, qual será a pressão a jusante da válvula para 
se ter a vazão máxima de 10 L/min? 
b) Esta válvula possui um atuador pneumático (3 a 15 psig) e um posicionador 
eletro-pneumático. Explique a vantagem de utilizar posicionador em uma 
válvula pneumática. 
c) No caso de falha no suprimento de ar para o atuador, é desejável que a 
válvula permanece aberta. Indique se este atuador deverá ser ar para abrir ou 
ar para fechar. 
 
14) Calcule o Cv requerido de uma válvula de controle tipo globo (Cf igual a 
0,9) para o escoamento de 50 L/min de água a 50°C, considerando uma pressão de 2 bar 
a montante e 1,6 bar a jusante. Verifique se ocorrerá flash ou cavitação do fluido na 
válvula caso o fluxo seja crítico. 
 
15) Um inversor de frequência para motores de 2 HP será utilizado em uma 
malha de controle de vazão. Sabendo que a faixa de frequência do inversor é de 0 a 60 
Hz e que a bomba possui motor de 2 pólos e 2 HP, e que suas curvas estão 
representadas a seguir junto com a curva do sistema, responda: 
 
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32
H
 (
m
c
a
)
Vazão (L/min)
3600 rpm
3000 rpm
2400 rpm
Curva do Sistema (V=100%)
Curva do Sistema (V=90%)
Curva do Sistema (V=80%)
Curva do Sistema (V=70%)
a) Sendo a vazão de projeto igual a 100 L/min, qual será aproximadamente a 
frequência retificada pelo inversor em Hz e a frequência de rotação do motor 
em rpm? 
b) Se o motor da bomba fosse trocado por outro de 4 pólos, qual seria o efeito 
esperado para a mesma frequência retificada pelo inversor? 
 
 
16) Em uma malha de controle de vazão é utilizado um medidor de vazão tipo 
turbina com span de 99,5 L/min, F.E. de 100 L/min e sinal de instrumentação 4-20 mA. 
Como atuador, é usada uma bomba centrífuga com vazão máxima de 95 L/min, 
acoplada a uma motor trifásico acionado via inversor de freqüência. Com base nisto, 
responda: 
a) Se o motor da bomba possui 2 pólos e a freqüência de alimentação do 
inversor é de 60 Hz, qual será o valor da vazão caso o inversor retifique a 
freqüência de alimentação do motor para 40 Hz? 
b) Supondo a vazão determinada no item a), qual será o valor do sinal de 
instrumentação gerado pelo medidor de vazão? 
c) Cite duas vantagens na utilização deste tipo de atuador ao invés de válvula 
de controle. 
 
17) Uma bomba centrífuga com vazão máxima de 4 m³/h é utilizada para 
bombear água de resfriamento. Um inversor de frequência manipula a frequência de 
alimentação do motor de 2 pólos que está acoplado a bomba centrífuga. 
Para medir a vazão na linha foi utilizado um medidor eletromagnético com 
range de 0,01 m³/h a 3,5 m³/h e sinal de instrumentação de 4 a 20 mA. Com base nisto e 
considerando a frequência da alimentação elétrica igual a 60 Hz, responda: 
a) O medidor empregado está compatível com o fluido de processo? Explique. 
b) Para um sinal de instrumentação igual a 14 mA no medidor eletromagnético, 
qual a vazão de leitura e qual a frequência retificada de alimentação do 
motor em Hz?