Instrumentação Industrial Atividade de Pesquisa

Prévia do material em texto

Atividade de Pesquisa: Instrumentação Industrial 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
01 - Um cartão de entrada analógico é conectado a um transmissor de temperatura, e a tem peratura 
do processo varia de 0 a 400 °C e fornece um sinal de 0 a 12 Vcc, proporcional à variável do processo. 
Qual é a relação entre a variação da variável do processo e a entrada analógica do CLP? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
02 - Defina os seguintes termos: 
a) Variável de processo (PV). 
 É uma condição do processo que pode alterar a producão de alguma forma. Isso quer 
dizer que é a variável que se deseja controlar em um processo. Podem ser variaveis de 
processo, como pressão, vazão, nivel, temperatura, densidade, entre outros. 
 
b) Setpoint (SP). 
 É o valor que se deseja manter para a variavel de processo. 
 
c) Variável manipulada (MV). 
 Grandeza que é alterada para manter a variavel de processo no valor desejado 
(setpoint). 
 
d) Erro(offset). 
 
Instrumentação Industrial 
Aluno (a): Alessandro Viana de Araujo Data: 04 / 07 / 21 
Atividade de Pesquisa NOTA: 
INSTRUÇÕES: 
 
Esta Atividade contém 10 questões, totalizando 10 (dez) pontos. 
Você deve preencher dos dados no Cabeçalho para sua identificação 
Nome / Data de entrega 
Utilize o espaço abaixo destinado para realizar a atividade. 
Ao terminar grave o arquivo com o nome Atividade de Envio (nome do aluno). 
Envie o arquivo pelo sistema. 
 
Atividade de Pesquisa: Instrumentação Industrial 
 
 
 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. 
 
03 - Considerando a norma ISA, quais são os instrumentos representados pelas nomenclaturas? 
TT: Transmissor de temperatura 
TSH: Chave de temperatura 
TSHH: Chave de temperatura muito alta 
LSH: Chave de nível alto 
LSLL: Chave de nível muito baixo 
PT: Transmissor de pressão 
FY: Conversor de vazão 
PIT: Transmissor e indicador de pressão 
 
04 - Apresente as seguintes definições básicas sobre medição de temperatura: 
a) Calor especifico 
 Difrentes materiais absorvem diferentes quantidades de calor para produzir as mesmas 
variacoes de temperatura. O calor especifico de uma substancia é a quantidade de calor que 
quando absorvido por 1 kg de uma determinada substancia aumentará a temperatura em 1 
ºC. 
 
 
 
 
b) Condutividade térmica 
 É a taxa na qual o calor é transmitido através de um corpo e depende do material 
desse corpo. Um exemplo típico é que o calor é conduzido muito rapidamente em uma barra 
de cobre e muito mais lentamente em uma barra de ferro. A condutividade térmica é dada 
por: 
 
 
c) Calor latente 
 Quando uma substância muda de um estado sólido para liquido ou de líquido para va-
por, absorve calor sem alterar a sua temperatura. Um exemplo é se uma quantidade de gelo 
é aquecida a uma taxa constante, sua temperatura aumentará até chegar à temperatura de 
0 °C. Nesse estágio o gelo continuará a absorver calor sem mudança na temperatura até 
ele derreter e virar água. Continuando a aplicar calor na água até ela chegar aos 100 °C, 
sua temperatura continuará a aumentar a uma taxa diferente da do gelo, pois o calor espe-
cífico é diferente. Quando chegar aos 100 °C a temperatura se manterá constante até eva-
porar. Esses conceitos estão ilustrados no Gráfico 2.1. 
 A quantidade de calor necessária para converter 1 kilograma de uma substância do es-
tado sólido para o liquido é chamada de calor latente de fusão. Da mesma forma, o calor 
latente de evaporação é a quantidade de calor necessária para passar do estado liquido 
para o vapor. A unidade de medida do calor latente é joule por kilograma. 
Atividade de Pesquisa: Instrumentação Industrial 
 
 
 
 
d) Calor sensível 
 Calor sensível, que é a quantidade de calor necessária para variar a temperatura de um 
corpo sem que haja variação do estado físico da matéria. Essa grandeza pode ser encontrada 
pela Equação 2.4. 
 
 
05 - O que é selagem? Por que é empregada para medições de pressão? 
 Tem como finalidade isolar o instrumento do processo para evitar os seguintes 
problemas em sistemas de medição de pressão: 
>> evitar congelamento ou depósito de fluido do processo no elemento de medição devido a 
variações de temperatura; 
>> evitar que fluidos nocivos, radioativos ou corrosivos possam entrar em contato com o sen-
sor; 
>> evitar que fluidos viscosos fiquem fixados no instrumento de medição. 
 
 Os sistemas de selagem são preenchidos com líquidos incompressíveis e hidraulica-
mente transmitem a pressão do processo para elemento de medição de pressão. Os fluidos são 
escolhidos de forma a proverem baixa expansão térmica e viscosidade e evitar contaminação 
perigosa do processo em caso de ruptura do diafragma. Existem vários fluidos empregados, e o 
mais popular é uma mistura de glicerina e água. Na Figura 3.5 são apresentados exemplos tipi-
cos de sistemas de selagem. 
 
 
 06 - Quais as vantagens e desvantagens de se utilizar um medidor de nível por borbulhamento? 
Atividade de Pesquisa: Instrumentação Industrial 
 
 
Vantagens: 
 A medição de nível por borbulhamento apresenta as seguintes vantagens: 
>> é fácil de instalar e calibrar; 
>> a parte eletrônica do sensor fica afastada do fluido a ser medido, somente os tubos ficam em 
contato com a água; 
>> não é afetado por espuma na superfície; 
>> não é obstruído facilmente por água suja. 
 
 Desvantagens: 
 Essa técnica de medição de nível apresenta as seguintes limitações: 
>> necessita de um fornecimento constante de ar com seu respectivo sistema de tratamento; 
>> o ar utilizado deve ser o ar de instrumentos, seco e isento de óleo, ou de qualquer gás inerte. 
O liquido não deve conter sólidos em suspensão, e sua densidade deve se manter sempre 
constante. 
 
07 - Apresente o principio de medição de nível por pressão diferencial e descreva com o auxilio de 
figuras as configurações e equações para: 
a) Tanque aberto. 
Medição em tanque aberto 
 A partir da Equação 4.8, verifica-se que a densidade e a força de gravidade podem ser 
consideradas constantes em um determinado meio, sendo a pressão diretamente relacionada à 
altura do nível do tanque, conforme mostra a Figura 4.14. 
 
 
 
 
 Nesse diagrama de medição pode-se notar que a pressão medida é igual à pressão da 
coluna de liquido acrescida da pressão na superfície. Como o tanque é aberto, a pressão na 
superfície é igual à pressão atmosférica. Caso a pressão na superfície do liquido seja maior ou 
menor que a atmosférica, é necessário o uso de um transmissor de pressão diferencial. 
 O transmissor de pressão deve ser submetido à pressão do nível de liquido que se de-
seja medir. Dessa forma, é geralmente montado próximo ao fundo do tanque. 
 Assim, teremos a seguinte medição de nível, considerando uma variação do nível de 
saída de 4 a 20 mA: 
Atividade de Pesquisa: Instrumentação Industrial 
 
 
 
 
b) Tanque aberto com supressão de zero. 
 Para permitir a manutenção e acesso ao instrumento, geralmente o transmissor é 
instalado abaixo do tanque, como mostra a Figura 4.15. 
 Nesse caso, uma coluna líquida se formará, com a altura do liquido dentro da tomada de 
impulso que deve ser levada em consideração na configuração do transmissor, a fim de que o 
transmissor indique um nível superior ao real. 
 
 
 
 
 
Atividade de Pesquisa: Instrumentação Industrial 
 
 
c) Tanques fechados e pressurizados. 
 Em um tanque com essas características, a tubulação de impulso da parte de baixo do 
tanque deve ser conectada à câmara de alta pressão do transmissor de nível. A pressão atuante 
na câmara de alta é a soma da pressão exercida sob a superfície do liquido e a pressão exercida 
pela coluna de líquido no fundo do reservatório. Já a câmara de baixa pressão do transmissor de 
nível é conectada natubulação de impulso da parte de cima do tanque para medir somente a 
pressão exercida sob a superfície do líquido. 
 Para tanques pressurizados, o lado da referência também deve ser conectado ao tanque 
para que o instrumento meça somente a diferença de pressão causada pela altura do fluido. O 
instrumento medirá o aumento de nível de vazio (0 %) até cheio (100 %), por meio de uma 
variação de pressão definida. Essa configuração é apresentada na Figura 4.16. 
 
 
d) Tanque fechado com fluido corrosivo. 
Atividade de Pesquisa: Instrumentação Industrial 
 
 
 
 
08- Descreva o principio de funcionamento dos medidores que empregam ultrassom no seu 
principio de funcionamento: 
a) tempo de trânsito; 
 Como diz o seu nome, estes dispositivos medem o escoamento por meio do tempo que 
a energia ultrassônica leva para atravessar a seção de uma tubulação no mesmo sentido e no 
sentido contrário ao escoamento, como mostra a Figura 5.59. 
Atividade de Pesquisa: Instrumentação Industrial 
 
 
 
b) diferença de frequência; 
 Em alguns medidores o inverso do tempo de trânsito (a frequência) pode ser empregado 
para a medição. Com os valores de frequência de A para B e B para A é possível determinar a 
variação de frequência (AF), que é dada por: 
 
 
c) Doppler. 
 Estes medidores são baseados no efeito Doppler, descoberto em 1842 por Christian 
Doppler, que observou que o comprimento de onda do som recebido por um observador 
estacionário a partir de uma fonte que se move em direção ao observador é menor que quando 
a fonte se afasta o comprimento de onda aparenta ser maior. O transmissor de um medidor de 
vazão tipo Doppler envia um feixe de ondas ultrassônicas em uma frequência em torno de 0,5 
MHz no fluxo de escoamento e detecta a frequência refletida, que é deslocada 
proporcionalmente à velocidade do escoamento. A diferença entre a velocidade transmitida e 
refletida é chamada de frequência de batimento, e seu valor tem uma relação direta com a 
velocidade da reflexão nas superfícies (partículas sólidas e bolhas de gás) contidas na corrente 
de escoamento do processo. Na Figura 5.61 é mostrada uma onda ultrassônica 
Atividade de Pesquisa: Instrumentação Industrial 
 
 
projetada em um ângulo através da parede da tubulação no líquido e transmitida em um cristal 
piezoelétrico montado no lado de fora da tubulação. Parte da energia é refletida pelas bolhas e 
partículas no liquido retornam através da parede da tubulação para um receptor. Como os 
elementos refletores (bolhas, partícula) viajam na velocidade do fluido, a frequência da onda 
refletida é deslocada de acordo com a velocidade do escoamento, permitindo a medição da 
vazão. 
 
 
 
09 - Apresente as características, vantagens e desvantagens das seguintes válvulas de controle: a) 
Globo. 
b) Diafragma. 
Vantagens: 
>> baixo custo; 
>> total estanqueidade quando fechada; 
>> facilidade de manutenção; 
>> bidirecional; 
>> rápido acionamento. 
 
Desvantagens: 
>> não apresenta uma boa característica de vazão para controle; 
>> força de atuação alta e não uniforme (limitada em diâmetros de até 6"); 
>> a utilização é limitada pela temperatura do fluido em função do material do diafragma; 
>> não é recomendada para aplicações com alta pressão. 
 
c) Borboleta. 
Vantagens: 
>> baixo custo; 
Atividade de Pesquisa: Instrumentação Industrial 
 
 
>> pouca manutenção; 
>> bidirecional; 
>> pequeno peso. 
 
Desvantagens: 
>> alto torque necessário para o controle; 
>> perda de carga considerável; 
>> redução no coeficiente de vazão; 
>> sofre cavitação em baixas pressões, controle linear e igual porcentagem. 
 
d) Esfera. 
Vantagens: 
>> baixo custo; 
>> alta capacidade; 
>> boa vedação com baixo torque; 
>> baixa manutenção; 
>> tamanho e peso reduzidos; 
>> abertura e fechamento rápidos, com um movimento de 90º da esfera; 
>> pequena perda de carga; 
>> pode ser empregada com fluidos com alto percentual de impurezas. 
Desvantagens: 
>> baixa capacidade de modulação com velocidade de resposta limitada; 
>> suscetível à cavitação. 
 
10 - Apresente o principio de funcionamento, as vantagens e desvantagens dos sensores ópticos: 
a) Retrorreflexivo. 
Vantagens: 
>> maior facilidade de instalação que o do tipo barreira, pois tem corpo único e e de fácil 
alinhamento; 
>> menor custo em relação ao feixe transmitido, porque a fiação é mais simples (corpo único); 
>> possibilidade de detecção de objetos transparentes, para os quais sempre há uma atenuação, 
permitindo ajustes no potenciómetro de sensibilidade do sensor de forma a detectar esse objeto; 
>> os objetos podem ser opacos, translúcidos e até transparentes. 
 
Desvantagens: 
>> uma possível falha no emissor é avaliada como detecção de um objeto; 
>> o espelho prismático ou fitas refletoras podem se sujar, provocando falhas no funcionamento; 
>> possui alcance mais curto que o feixe transmitido; 
>> pode não detectar objetos brilhantes (usar a polarização); 
>> possui menor margem de detecção que o sensor de feixe transmitido. 
 
b) Difuso-refletido. 
 O sensor difuso-refletido aparece na Figura 7.35, e tem o emissor e o receptor de luz 
alocados na mesma unidade. Dessa forma, a luz do emissor do objeto alvo reflete no próprio 
objeto a ser detectado, sendo espalhada pela superfície do alvo em todos os ângulos possíveis. 
Uma parte é refletida e captada pelo receptor, o que ocasiona a comutação da saída do sensor. 
Quando não existe objeto presente, nenhuma luz é refletida para o receptor e a saída do sensor 
não é comutada. A Figura 7.34 ilustra esse tipo de sensor. 
 
Atividade de Pesquisa: Instrumentação Industrial 
 
 
 Os sensores difuso-refletidos ópticos são mais convenientes em muitas aplicações 
devido ao fato de o emissor e o receptor estarem alocados no mesmo sensor, o que facilita o 
cabeamento. 
 Esse tipo de sensor não gera bons resultados com alvos transparentes ou que tenham 
baixa refletividade (superfícies rugosas ou escuras). 
 Dessa forma, o sensor tem maior alcance para objetos com superfícies claras em 
comparação com as escuras. 
 
Vantagens 
>> não é necessário um refletor (fita refletora) ou espelho; 
>> dependendo do ajuste, diferentes objetos podem ser detectados; 
>> os objetos podem ser translúcidos, transparentes ou opacos e mesmo assim uma 
porcentagem da luz é refletida. 
 
Desvantagens 
>> para menores distâncias é requerida menor reflexão das superfícies dos materiais; 
>> para maiores distâncias, são necessárias maiores taxas de reflexão.