INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE DE PROCESSOS
ATIVIDADES COMPLEMENTARES
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ATIVIDADES COMPLEMENTARES
Módulo | 3 Capítulo | Instrumentação e controle de processos Autor | Fábio Timbó Brito MiniCV |
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_____________________________________________________________________________________________ SUMÁRIO 1 ATIVIDADES COMPLEMENTARES ............ Erro! Indicador não definido. 1.1 ATIVIDADES COMPLEMENTARES | AULA 01 ....... Erro! Indicador não definido. 1.2 ATIVIDADES COMPLEMENTARES | AULA 02 ....... Erro! Indicador não definido. 1.3 ATIVIDADES COMPLEMENTARES | AULA 03 ....... Erro! Indicador não definido. 1.4 ATIVIDADES COMPLEMENTARES | AULA 04 ....... Erro! Indicador não definido. 1.5 ATIVIDADES COMPLEMENTARES | AULA 05 ....... Erro! Indicador não definido. 2 APÊNDICE ...................................................................................... 19 2.1 GABARITO DAS ATIVIDADES COMPLEMENTARES|AULA 01 ............ 19 2.2 GABARITO DAS ATIVIDADES COMPLEMENTARES|AULA 02 ........Erro! Indicador não definido. 2.3 GABARITO DAS ATIVIDADES COMPLEMENTARES|AULA 03 ........Erro! Indicador não definido. 2.4 GABARITO DAS ATIVIDADES COMPLEMENTARES|AULA 04 ............ 23 2.5 GABARITO DAS ATIVIDADES COMPLEMENTARES|AULA 05 ............ 25
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1.1 ATIVIDADES COMPLEMENTARES | AULA 01 Realize estas atividades complementares e teste seu conhecimento: 01) Discorra, com as suas palavras, a importância da instrumentação no controle de processos industriais. 02) Observe a figura de um controle manual de pressão e responda: em um controle automático, que equipamento iria desempenhar a função do operador ao controlar a pressão do sistema?
03) Corrija, se necessário, a seguinte afirmação: Um sistema de controle automático realiza a medição da variável manipulada
através
de
um
sensor
e
posteriormente
comparação com um valor de correção (setpoint).
realiza
uma
Este valor pode ser
inserido por um operador em um sistema de supervisão (SCADA) ou um painel eletrônico chamado IHM. Finalmente são realizadas ações de correção na variável controlada através dos atuadores e elementos finais de controle.
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04) Observe a figura a seguir de um sistema automático de controle de nível e responda: Que tipo de controle é utilizado, malha aberta ou fechada? Qual a função do atuador da válvula?
05) Marque os itens abaixo em sistemas de controle em Malha Aberta (MA) ou sistemas de controle em Malha Fechada(MF). a) (
) Controle de lavagem por uma Máquina de lavar;
b) (
) Controle de temperatura da geladeira;
c) (
) Controle de nível de uma caixa d’água por uma boia mecânica;
d) (
) Controle de tráfego por um sinal de trânsito comum;
e) (
) Controle de temperatura por um aparelho de ar condicionado.
6) Cite duas funções do instrumento a seguir.
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7) Pesquise na internet detalhes técnicos de um elemento primário qualquer utilizado em controle de processos industriais. Informe que tipo de variável controlada que este elemento pode medir, definindo o tipo de grandeza que é enviada para o sistema de medição. 8) Que funções dos instrumentos você identifica no instrumento a seguir.
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9) Calcule a resolução e a sensibilidade em do instrumento abaixo em rad/bar sabendo que o ponteiro se desloca no máximo 270°.
10) Marque (V) para verdadeiro ou (F) para Falso: a)(
) O procedimento de ajuste permite que um valor medido fique mais próximo do valor padrão.
b)(
) Pode-se traçar um gráfico entre a grandeza física que sensibiliza um instrumento e sua respectiva saída, chamado de reta de verificação.
c)(
) Em instrumentação, precisão é sinônimo de exatidão.
d)(
) Instrumentos mais sensíveis possuem uma variação maior em sua saída quando submetidos a uma mesma grandeza física.
e)(
) Um procedimento de calibração estabelece o confronto de medições
entre o instrumento e um padrão primário, secundário ou industrial.
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1.2 ATIVIDADES COMPLEMENTARES | AULA 02 Realize estas atividades complementares e teste seu conhecimento: 01) Relacione a 1ª e a 2ª coluna: 1- TIT -31
a) (
) Alarme de vazão baixa.
2- FAL - 32
b) (
) Chave de pressão muito alta.
c) (
) Transmissor indicador de
3 – LIC -31 4 – PSHH - 21
temperatura. d) (
) Controlador indicador de nível.
02) Desenhe um instrumento múltiplo composto de um controlador indicador de nível e uma chave de nível baixo da área 0302, localizado no campo. Em relação a figura a seguir responda as questões 3 a 5.
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03) Descreva os tipos de variáveis manipuladas que podem ser utilizadas para o controle de temperatura do tanque de água quente. 04) Qual a importância do instrumento LS 3101? 05) Que tipos de sinais são utilizados na planta? 06) Um instrumentista está utilizando uma ponte de Wheatstone para detectar uma variação de um sensor de 0 a 40 Ω através de um amperímetro de acordo com a figura a seguir:
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Qual o procedimento para aumentar a linearidade da ponte? 07) Marque (V) ou (F): a) (
) A pressão absoluta é medida em relação à pressão atmosférica.
b) (
) A pressão relativa é medida em relação ao vácuo.
c) (
) A pressão dinâmica é exercida pelo movimento de fluidos
paralelos ao sentido de sua corrente. d) (
) A pressão estática ocorre em fluidos estáticos. É transmitida em
todas as direções e produz a mesma força em áreas iguais. e) (
) A pressão atmosférica ao nível do mar é equivalente a 500
mmHg 08) Calcule a pressão (em psig) no medidor da figura seguinte, sabendo que a altura h= 50 mm e o peso específico é 133368 N/m³.
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09) Calcule a pressão (em psig) no medidor da figura seguinte, sabendo que L= 50 cm, α= 30° e o peso específico é 133368 N/m³.
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10) Relacione a 1ª e a 2ª coluna: a) ( ) Possui a maior faixa de medição 1
Manômetro tipo diafragma
de pressão em relação aos outros medidores elásticos b) ( ) O elemento primário é formado
2
Manômetro tipo tubo Bourdon
por tubos metálicos de parede fina, quando submetidos a sucessivos estrangulamentos axiais. c) ( ) O elemento primário que detecta a variação de pressão deste tipo de
3
Manômetro tipo fole.
medidor é um diafragma que também tem a função de separar o fluido do mecanismo interno.
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1.3 ATIVIDADES COMPLEMENTARES | AULA 03 Realize estas atividades complementares e teste seu conhecimento: 01) Descreva, com as suas palavras, a importância da utilização do zero vivo na saída de transmissores e conversores.
02) Com relação à figura a seguir, calcule a altura do tanque que torna a diferença de pressão entre o lado H e o lado L do medidor de pressão diferencial igual a zero.
03) Cite uma vantagem e desvantagem da utilização de um deslocador em vez de um flutuador para medição de nível de líquido. 04) Cite alguns tipos de medidores de nível que poderiam ser utilizados para utilização em líquidos muito corrosivos como ácidos, os quais não podem entrar em contato direto com o instrumento. 05) Qual a vantagem da utilização de um tubo venturi em relação a placa de orifício?
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06) Calcule a vazão em Nm³/h de um medidor de vazão de gás natural sabendo que a vazão medida em valores reais é de 10 m³/h , pressão de 5 atm abs e temperatura 60 º C. Considere as condições normais de pressão igual a 1 atm e temperatura de 0°C. Considere que o valor de viscosidade nas condições normais e nas condições reais são iguais.
07) Pesquise na internet dois tipos de medidores de vazão que utilizam princípios diferentes de medição. Discorra sobre as diferenças entre eles com relação às características técnicas da medição.
08) Corrija a seguinte frase: O medidor de vazão tubo de Pitot é um dispositivo para medição de vazão através da diferença de pressão dinâmica e a pressão estática.
09) Cite duas limitações do uso de medidores de eletromagnéticos para medição de vazão. 10) Relacione a 1ª e a 2ª coluna: 1 – Medidor de vazão eletromagnético.
a) (
) Utiliza uma placa retangular
inserida no fluxo de líquido. b) (
) Realizam a medição da vazão
baseados no princípio de que quando 2 – Medidor por efeito coriolis.
um corpo se move dentro de um campo magnético surge uma força eletromotriz proporcional a sua velocidade.
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c) (
) Medidor de canal aberto que
possui ampla utilização industrial e 3 - Vertedor
perda de carga em torno de quatro vezes menor se comparado com um vertedor de mesma capacidade. d) (
4 – Calha Parshall
) Medidor utiliza os efeitos da
inércia e da aceleração centrípeta da passagem de um líquido em um tubo em formato de U. e) (
) Tem como princípio a medição de
velocidade do líquido através das 5 – Medidor de vazão por efeito doppler.
variações de frequência do som no líquido em movimento. Exige uma concentração mínima de 5% de partículas.
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1.4 ATIVIDADES COMPLEMENTARES | AULA 04 Realize estas atividades complementares e teste seu conhecimento: 01) Cite duas formas de compensação dos efeitos da temperatura ambiente em um medidor de temperatura por bulbo capilar? 02) Cite uma vantagem e uma desvantagem da utilização de termistores para medição de temperatura. 03) Calcule a tensão de saída de um sensor LM35 quando submetido a uma temperatura de 83,5 ° C.
04) Corrija a seguinte frase: Um PT-100 é conhecido desta forma porque possui uma resistência de 100 mΩ em uma temperatura de 100°C.
05) Um instrumentista utilizou a seguinte configuração para realizar a medição de temperatura por um PT-100 localizado a uma distância de 30 m da ponte resistiva. Que recomendações você faria sobre esta ligação.
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06) Cite três desvantagens da utilização de um PT-100 no ambiente industrial. 07) Calcule a temperatura de um PT-100 ligado a quatro fios cujo valor no voltímetro é igual a 1,00 V e a corrente igual a 10 mA. 08) Calcule
o
valor
de
tensão
medida
em
um
voltímetro,
cuja
temperatura é 25 °, que realiza a medição de temperatura de um forno a 350 °C utilizando um termopar tipo K. Consulte as tabelas de temperatura do termopar tipo K. 09) Calcule o valor em temperatura de um refrigerador que possui um voltímetro instalado a uma temperatura de 10 ° C , utilizado para medir a temperatura por um termopar tipo K, cujo valor de tensão medido no voltímetro é – 700,9 mV. 10) Pesquise na internet dois tipos de pirômetros de radiação industriais. Descreva diferenças entre eles com relação ao modo de exibição, faixa de medição, ajuste de emissividade e precisão.
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1.5 ATIVIDADES COMPLEMENTARES | AULA 05 Realize estas atividades complementares e teste seu conhecimento: 01) Cite três aplicações da termografia para detecção de defeitos elétricos. 02) Discorra sobre a diferença entre analisadores de processo e analisadores de laboratório.
03) Explique o funcionamento do medidor de condutibilidade térmica abaixo:
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04) Relacione a 1ª e a 2ª coluna: a) ( 1 – Analisador infravermelho tipo dispersivo
) Neste tipo de analisador os
detectores medem a temperatura em câmaras preenchidas com gás idêntico ao gás da amostra.
2 – Analisador infravermelho tipo não dispersivo de filtragem negativa
b) (
propriedades magnéticas como a susceptibilidade magnética para determinar a composição de um gás. c) (
3 - Analisador infravermelho tipo não dispersivo de filtragem positiva.
) Estes analisadores utilizam
) Neste tipo de analisador os
detectores absorvem integralmente toda a radiação do espectro infravermelho emitido pela fonte, excluindo a faixa de espectro correspondente ao gás analisado. d) (
4 – Analisador por paramagnetismo
) São instrumentos de laboratório
e fornecem como resultado o espectro de absorção de radiação após o feixe passar por um prisma ou por uma grade de difração.
05) Descreva o funcionamento do analisador a seguir:
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06) Calcule o range de um instrumento que mede um líquido que tem a densidade relativa em relação a água variando entre 0,6 e 4. Este instrumento possui uma altura fixa de 400 mm. 07) Marque (V) para verdadeiro ou (F) para Falso: a)(
) Um medidor de PH possui apenas um eletrodo e não perde a sua linearidade nos limites de acidez e alcalinidade.
b)(
) Um medidor de umidade tipo psicômetro realiza a medição de umidade através de dois termômetros.
c)(
) Uma solução tampão é utilizada para calibrar as medidas em instrumentos que medem o PH.
d)(
) Quanto mais quente for o ar, menos umidade ele pode conter. 08) Descreva vantagens e desvantagens das válvulas da figura a seguir.
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09) Após a troca de uma válvula de controle industrial por uma válvula de mesmo modelo e tamanho, foi detectado pelo operador de processo que a vazão da válvula nova é bem maior que a vazão da válvula anterior. Que característica técnica não foi observada antes da realização da troca das válvulas? 10) Pesquise na internet dois tipos de válvulas industriais. Descreva diferenças ou semelhanças entre elas com relação às características construtivas e de funcionamento dos atuadores.
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2
APÊNDICE
2.1 GABARITO DAS ATIVIDADES COMPLEMENTARES|AULA 01 1) (sugestão) A instrumentação é essencial para que os controladores industriais executem corretamente a leitura das diversas variáveis de um processo industrial como vazão, pressão, nível, temperatura, entre outras. Desta forma, os produtos industriais são produzidos com maior qualidade, maior escala, sustentabilidade e com menor desperdício de recursos naturais. 2) Controlador. 3) Um sistema de controle automático realiza a medição da variável controlada através de um sensor e posteriormente realiza uma comparação com um valor de ajuste (setpoint). Este valor pode ser inserido por um operador em um sistema de supervisão (SCADA) ou um painel eletrônico chamado IHM. Finalmente são realizadas ações de correção na variável manipulada através dos atuadores e elementos finais de controle. 4) O controle do sistema é feito em malha fechada. A função do atuador é fornecer a força necessária para a válvula controlar a vazão de água. 5) a) MA; b) MF; c) MF; d) MA; e) MF. 6) Transmissor e indicador 7) (sugestão da pesquisa) a. termopar– a variável controlada é temperatura e a grandeza de saída é tensão elétrica.
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b. PT – 100 - a variável controlada é temperatura e a grandeza de saída é resistência elétrica. c. Placa de orifício - a variável controlada é temperatura e a grandeza de saída é diferencial de pressão. 8) O bulbo com líquido do termômetro tem a função de elemento primário e as escalas graduadas fornecem a função de indicador, mostrando visualmente o valor de temperatura. 9) Resolução 0,2 bar e sensibilidade igual a π/4 rad/bar. 10) a) V; b) F; c)F; d)V; e)V.
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2.2 GABARITO DAS ATIVIDADES COMPLEMENTARES|AULA 02 1) 1 c); 2 a); 3 d); 4 b). 2)
3) A vazão de água de entrada através da válvula TCV-3101 e a corrente elétrica enviada para as resistências de aquecimento. 4) Chave de nível que evita a falta de água no tanque e a consequente queima das resistências de aquecimento. 5) Sinais pneumáticos, elétricos e digitais. 6) Caso o valor do resistor de 40 Ω seja aumentado, pode-se aumentar a linearidade da ponte. 7) a) F; b) F; c) V; d) V; e) F.
8) 0,96 psig. 9) 4,83 psig. 10) 1 c); 2 a); 3 b).
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2.3 GABARITO DAS ATIVIDADES COMPLEMENTARES|AULA 03 1) (Sugestão) O zero vivo permite distinguir uma situação de medida de um instrumento , quando for igual a zero, de um zero ocasionado por um defeito. 2) Aproximadamente 1333,33 mm 3) Como
vantagem
pode-se
citar
a
facilidade
de
leitura.
Como
desvantagem, possuem uma sensibilidade menor, tendo em vista que os flutuadores possuem o deslocamento igual ao deslocamento do líquido. 4) Poderiam ser utilizados medidos de nível do tipo borbulhador ou ultrassom. 5) O tubo venturi produz um diferencial de pressão menor oacasionando uma menor perda de carga em relação a placa de orifício. 6) Aproximadamente 41 N m³/h. 7) Pesquisa. 8) O medidor de vazão tubo de Pitot é um dispositivo para medição de vazão através da diferença de pressão total e a pressão estática. 9) O líquido que o medidor será utilizado deve ser condutor de eletricidade e a parede interna da tubulação, onde são fixados os eletrodos do medidor, não pode ser condutora. 10)
1 b); 2 d); 3 a); 4 c); 5 e).
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2.4 GABARITO DAS ATIVIDADES COMPLEMENTARES|AULA 04 1) Para compensar os efeitos da temperatura, em instrumentos da classe IB, é inserido um elemento bimetálico na ligação com o ponteiro. Já em instrumentos da classe IA a compensação é feita utilizando um segundo capilar sem bulbo, onde este é interligado a um segundo tubo Bourdon, realizando desta forma a correção através um movimento contrário em relação ao tubo original. 2) Como vantagem pode-se citar a boa sensibilidade, permitindo a utilização em circuitos de termostatos eletrônicos, porém não possuem boa linearidade quando comparados a outros tipos de medidores de temperatura. 3) 835 mV. 4) Um PT-100 é conhecido desta forma porque possui uma resistência de 100 Ω em uma temperatura de 0°C. 5) A ligação a dois fios apresenta desvantagens consideráveis quando a distância entre o elemento sensor e o circuito de medição é considerada elevada. Recomenda-se mudar a ligação para uma ligação a três fios. 6) Tem um custo maior para sensores da mesma faixa; Deterioram-se com mais facilidade; Temperatura máxima de utilização 630°C; 7) 0° C. 8) 13,29 mV. 9) Aproximadamente -7º C.
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10) Pesquisa.
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2.5 GABARITO DAS ATIVIDADES COMPLEMENTARES|AULA 05 1) Análise térmica de motores elétricos; Detecção de sobreaquecimento em condutores e equipamentos elétricos; utilizada em inspeções de linhas aéreas para detectar sobreaquecimento em cabos e isoladores. 2) Os analisadores de laboratório exigem mão de obra especializada para
manipulação
instrumentos
correta
relativamente
de
reagentes,
delicados.
Já
nos
equipamentos
e
analisadores
de
processo, a leitura das amostras pode ser feita por pessoal não especializado podendo o valor medido ser diretamente indicado em telas de sistemas supervisórios ou painéis. 3) O princípio de medição é baseado na diferença de condutibilidade térmica dos dois gases. A câmara que possui um gás com maior condutibilidade térmica irá dissipar uma maior quantidade de calor que é relacionada diretamente com o valor de resistência elétrica do respectivo filamento. 4) 1 d); 2 c); 3 a); 4 b). 5) Um gás diamagnético é injetado na bifurcação do início no analisador e ambos os ramais são conectados à uma câmara onde é injetado o gás que se deseja analisar. Um dos ramais do gás diamagnético possui um forte campo magnético próximo a câmara de amostra. O efeito do oxigênio do gás de amostra com o campo magnético irá alterar a vazão e a pressão do ramal. Desta forma, a diferença de pressão ou vazão entre o ramal sem o campo magnético e o ramal com o campo magnético indica diretamente a susceptibilidade magnética do gás de amostra. 6) 240 a 1600 mmH2O.
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7) a) F; b) V; c) V; d) F. 8) Como vantagem este tipo de válvula exige menor força do atuador, porém, possuem maiores taxas de vazamento na posição fechada. 9) O coeficiente de vazão das válvulas é diferente. 10) Pesquisa.