TRABALHO DE OPTATIVA JEAN FIUZA

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FACULDADE GUARAPUAVA 
ENGENHARIA ELÉTRICA 
 
 
 
JEAN RICARDO SANTOS FIUZA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
EXERCICIOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
GUARAPUAVA 
2021 
1) Quais são as etapas realizadas por um sistema com controle de 
processos? 
 
Medição de um estado ou condição de um processo, um controlador 
calcula uma ação com base em um valor medido de acordo com um valor 
desejado, um sinal de saída resultante dos cálculos do controlador é utilizado 
para manipular uma ação do processo na forma de um atuador, o processo reage 
ao sinal aplicado, mudando o seu estado ou condição. 
Os termos específicos mais usados em controle de processo: Faixa de 
medida (range), Alcance (span), Variável de processo (PV), Variável manipulada 
(MV), Set point (SP), Carga, Perturbações, Erro (offset), Exatidão, Zona morta, 
Histerese, Repetibilidade, Linearidade, Sensibilidade (ganho), Resolução, 
Ajuste, Calibração, Incerteza de medição, Padrão e Erro combinado. 
 
2) Defina os seguintes termos: 
 
a) Variável de processo (PV). 
 
É uma condição do processo que pode alterar a produção de alguma 
forma. Em outras palavras, é a variável que se deseja controlar em um processo 
podem ser variáveis de processo: pressão, vazão, nível, temperatura, 
densidade. 
 
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(setpoint). 
 
 
d) Erro(offset). 
 
É a diferença entre a variável de processo e o setpoint, e pode ser 
positiva ou negativa. Se tivermos um setpoint de 500 °C e a variável de processo 
com 600 °C, teremos um erro de – 100 °C. O objetivo de qualquer sistema de 
controle é minimizar ou eliminar o erro. Matematicamente, o erro (E) é calculado 
pela diferença entre o setpoint e a variável de processo. 
 
E = SP – PV 
 
É possível representar o erro por meio do percentual em relação ao 
setpoint, sendo expresso pela Equação. 
 
𝐸 =
(𝑆𝑃 − 𝑃𝑉) ∗ 100
𝑆𝑃
 
 
3) Represente com o auxílio de um diagrama de blocos uma malha fechada 
de controle 
 
 
 
4) Conceitue 
 
a) Elemento primário de medicado 
 
Componente que está em contato com a variável de processo e tem por 
função, transformá-la em uma grandeza mensurável por um mecanismo. 
 
b) Transdutor e conversor 
 
Transdutor: termo aplicado ao instrumento que não trabalha com sinal 
na entrada e saída padrão. Como é possível observar o elemento primário, 
transmissor entre outros, podem ser considerados um transdutor, porém estes 
elementos possuem funções específicas com nomes específicos. 
Conversor: instrumento que recebe e envia um sinal padrão em 
instrumentação, de grandezas diferentes. 
 
c) Transmissor 
 
Instrumento que mede uma determinada variável, e envia um sinal 
proporcional à distância, a um indicador, registrador, controlador, etc. 
 
d) Indicador 
 
Instrumento que nos fornece o valor de uma variável de processo, na 
forma de um ponteiro e uma escala, ou números, ou bargraph, etc. 
 
e) Controlador 
 
Instrumento que tem por função, manter o valor da variável de processo, 
igual ao valor estabelecido em seu mecanismo, enviando um sinal de saída ao 
elemento final de controle. 
 
f) Elemento final de controle 
 
Dispositivo que está em contato direto com a variável manipulada, 
modificando-a em resposta a um sinal de comando. 
 
 
 
 
5) É fundamental o conhecimento da terminologia empregada em sistemas 
de instrumentação industrial. Defina os termos apresentados a seguir 
 
a) Faixa de medida (range) 
 
É conjunto de valores da variável de medida compreendido dentro do 
limite superior e inferior ou de transmissão do instrumento. 
 
b) Alcance (span). 
 
É diferença algébrica entre o valor superior e inferior da faixa de medida 
do instrumento 
 
6) Considerando a norma ISA, quais são os instrumentos representados 
pelas nomenclaturas? 
 
a) TT: Transmissão de temperatura 
b) LC: Controlador de nível 
c) LT: Transmissor de nível 
d) TI: Indicador de temperatura 
e) PSL: Chave de pressão baixa 
f) PSLL: Chave de pressão alta 
g) TSH: Controlador de temperatura com chave de nível alto 
 
7) Considere a Figura abaixo, onde é apresentado um sistema de 
escoamento e fluido. O fluido é bombeado em uma bomba com rotação 
constante. Faça os seguintes diagramas inserindo a instrumentação 
necessária 
 
 
a) Malha de controle de nível do tanque. 
b) Malha de controle de vazão do escoamento. 
 
a) Malha de nível 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
b) Malha de Vazão 
 
 
 
 
1- Defina temperatura. 
 
É uma propriedade da matéria, relacionada com o movimento de vibração e/ou 
deslocamento dos átomos de um corpo. Todas as substâncias são constituídas 
de átomos que por sua vez, se compõe de um núcleo e um envoltório de elétrons. 
Normalmente estes átomos possuem uma certa energia cinética que se traduz 
na forma de vibração ou mesmo deslocamento como no caso de líquidos e 
gases. 
 
 
8) Explique calor especifico e latente 
 
Calor específico é a quantidade de calor necessária para que cada 
grama de uma substância sofra uma variação de temperatura correspondente a 
1°C. Essa grandeza é uma característica de cada tipo de substância e indica o 
comportamento do material quando exposto a uma fonte de calor. 
O calor latente também chamado de calor de transformação, é uma 
grandeza física que designa a quantidade de calor recebida ou cedida por um 
corpo enquanto seu estado físico se modifica. 
 
9) Explique as principais características termopares e termo resistência, 
citando exemplos de aplicação e diferença de funcionamento. 
 
A medição de temperatura por termopares ocorre através da junção de 
dois condutores metálicos (metais diferentes) unidos nas extremidades 
formando um circuito. As caraterísticas termopares baseia-se na tensão, Maior 
resistência a temperaturas e mais econômicos. Apesar de em princípio, qualquer 
par de metais prestar na construção de termopares, existem alguns tipos já 
padronizados na indústria. A seguir mostramos os tipos mais usados nas 
indústrias: 
 
Tipo T - Termopares de Cobre Constantan; 
Tipo J - Termopares de Ferro – Constanta; 
Tipo E - Termopares de Cromel Constantan; 
Tipo K - Termopares de Cromel Alumel; 
Tipo N Nicrosil – Nisil; 
Tipo R Platina Ródio-Platina etc. 
 
A medição pôr termo resistência tem um coeficiente positivo de 
temperatura e ocorre através do princípio da agitação térmica nos metais, ou 
seja, com o aumento da temperatura do meio há o aumento da resistência 
elétrica do termo resistência. Suas características termo resistência baseia-se 
na resistência, Maior precisão e Curva de resistência em função da temperatura 
mais linear. 
10) Quais são os principais tipos de sensores de nível e como funcionam 
 
Flutuadores: A detecção de nível de líquidos nesse tipo de equipamento 
é feita através do movimento de uma alavanca mecânica ou um eixo deslizante 
que ativa uma chave com um contato normalmente fechado ou aberto, que pode 
ser mecânica ou conter um reed switch. 
Chaves rotativas (rotobin): Nessa chave, o nível é detectado pela 
mudança na inércia de uma pá rotativa quando entra em contato com um 
produto. 
Chave condutiva: Esse tipo de chave de nível tem seu princípio de 
funcionamento baseado na condutividade do líquido. É constituída de hastes que 
serão energizadas com tensão alternada em baixos níveis, com determinado 
comprimento que determina o nível exato em que cada chave atuará. 
Chave condutiva: O princípio de funcionamento desse tipo de medidor é 
a presença de um produto que causará uma mudança na resistência entre dois 
condutores. Um exemplo de aplicação é a indicação de nível em um tanque, em 
que, quando um produto não está em contato como eletrodo, a resistência 
elétrica entre o eletrodo e o tanque será muito alta ou infinita. Quando o nível do 
produto subir, entrará em contato com o eletrodo e a parede do tanque fechará 
o circuito com uma resistência relativamente baixa. 
Vibração: A chave de nível por vibração consiste em um garfo simétrico 
com duas extremidades. Na base do garfo há́ uma fina membrana com conexão 
a uma extensão em aço inoxidável que entra em contato com o processo. O 
garfo de vibração é excitado por uma frequência de ressonância através da 
membrana por meio de um cristal piezoelétrico. 
Borbulhamento: A medição de nível por borbulhamento atende as 
necessidades da indústria de uma forma simples e eficaz. A operação de um 
sistema de borbulhamento é similar ao sopramento de ar com um canudo. 
Quanto mais água no reservatório, maior o esforço de sopramento. Assim, se a 
pressão do ar que entra na tubulação é maior que o nível da coluna de água do 
fluido de processo no tanque, o ar borbulhará. 
Capacitância: Uma variação nas características do material entre as 
placas irá causar uma mudança na constante dielétrica. As ondas é isolada da 
parede do vaso e forma uma das placas do capacitor; a parede será a outra 
placa. O fluido entre as duas placas é o dielétrico que irá formar o capacitor. À 
medida que o nível de líquido no tanque aumenta, o espaço que antes era 
preenchido com ar dá lugar ao líquido, que possui uma maior constante 
dielétrica. 
Capacitância: A variação de capacitância é proporcional à variação da 
constante dielétrica, e um circuito eletrônico é calibrado para relacionar essa 
variação de capacitância com a variação do nível. 
Medição de nível por pesagem: Esse é um método de medição indireta 
de nível que pode ser empregado para medição de líquidos e sólidos. Nessa 
aplicação são empregadas células de carga para medir o nível de peso no 
tanque. 
Medição de nível por pressão hidrostática: Nesse tipo de medição 
usamos a pressão exercida pela altura da coluna líquida, para medirmos 
indiretamente o nível. Os transmissores de pressão empregados para esse tipo 
de medição são compostos de uma membrana que é conectada mecanicamente 
ou hidraulicamente ao elemento sensor, que pode ser indutivo, capacitivo, strain 
gauge ou semicondutor. São também empregados sistemas de selagem para 
aplicações em líquidos corrosivos, abrasivos ou periculosos. 
Ultrassom: Para a medição de nível com essa técnica, existe um sensor 
que envia ondas sonoras na direção do nível e mede o tempo que elas levam 
para percorrer esse espaço. Conhecida a velo- cidade do som (v), o tempo de 
trânsito dessas ondas (t) é medido e a distância (d) é calculada, sendo 
tipicamente aplicado. 
 
11) Quais os principais fatores relevantes para especificar sensores de 
nível, explique 
 
Densidade e viscosidade: Ambas afetam a seleção de transmissores de 
nível, pois materiais com alta viscosidade não devem utilizar sensores com 
tecnologia mecânica. Como indicação para esse tipo de condição temos os 
borbulhadores, pressão diferencial ou medidores por radar ou ultrassom que não 
entram em contato com o fluido. 
Composição química: Instrumentos de medição não devem somente 
fornecer medições corretas de um processo em particular, mas também 
sobreviver como instrumento de medição. As características químicas como pH, 
constantes dielétricas, condutividade, entre outras, de um material podem se 
alterar em um processo. Instrumentos de medição por capacitância são afetados 
por mudanças na condutividade e/ou constante dielétrica. 
Agitação no processo: Muitos processos que envolvem líquidos 
precisam ser agitados por um determinado tempo ou todo o tempo. Os 
movimentos das pás de agitação podem afetar a medição quando forem 
empregados medidores com contato com o fluido, e para esse tipo de processo 
recomenda-se então o uso de medidores sem contato com o processo. 
Vapores e poeiras: O espaço entre o material líquido ou sólido pode 
conter vapores ou poeiras. Isso se torna crítico quando são consideradas 
medições sem contato, como radar, ultrassom, pois a presença de poeira e 
vapores pode atenuar os sinais eletromagnéticos ou acústicos, tornando a 
medição incorreta. 
 
12) Qual fator que interfere para variação de velocidade de um fluido 
 
O fator que interfere na variação de velocidade de um fluido é a pressão, 
pois quando um fluido estiver escoando por uma tubulação a vazão mantem se 
constante em toda a tubulação, mas se o fluido passar de um tubo mais grosso 
para um tubo mais fino, para que a vazão permaneça constante, haverá uma 
variação na velocidade de escoamento do fluido. 
 
13) Explique o que é escoamento laminar e turbulento 
 
O escoamento laminar é caracterizado pelo movimento em lâminas ou 
camadas, não havendo mistura macroscópica de camadas de fluido adjacentes. 
O escoamento turbulento é caracterizado pelo movimento tridimensional 
aleatório das partículas do fluido sobreposto ao movimento da corrente. 
 
 
 
 
14) Qual é a vazão em uma tubulação com 7 cm de diâmetro com velocidade 
média de 10 m/s? 
 
Area 𝐴 =
𝜋(𝑑)2
4
=
3,14(0,07∗0,07)
4
= 0,0038465 𝑚2 
Vazão 𝑉 ∗ 𝐴 = 10 ∗ 0,0038465 = 0,038465 𝑚3/ 𝑠 
0,038465 ∗ 1000 = 38,465 𝑙/𝑠 
 
15) Se uma tubulação tiver um diâmetro de 10cm e for reduzido para 6 cm 
e a velocidade na seção de 10 cm é de 3,22 m/s, qual a velocidade 
desenvolvida na seção de 6 cm 
 
 10𝑐𝑚 = 3,22 𝑚/𝑠 
 6𝑐𝑚 = ? 10𝑥 = 3,22 ∗ 6 
 10𝑥 = 19,32 
 
 𝑥 =
19,32
10
= 1,9 𝑚/𝑠