Segunda Lista de Instrumentação

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1 Segunda Lista de Instrumentação Profª Ninoska Bojorge - TEQ/UFF Monitor : Julia Pinto Tema: Medição de Pressão, Medição de Vazão e Medição de Nível Questão 1: Alguns medidores de Pressão se baseiam na deformação de um dispositivo mecânico frente a uma pressão exercida sobre ele. A Lei de Hooke fundamenta a teoria desses tipos de medidores de pressão, pois relaciona o esforço aplicado sobre um corpo com a deformação sofrida pelo mesmo. Neste contexto, explique: a) Os três tipos básicos de elementos, utilizados como sensores em instrumentos medidores de pressão que tem seu principio de funcionamento baseado na lei de Hooke. b) A deformação sofrida por um corpo pode ser dividida em elástica e plástica ou permanente. Em qual dessas regiões devem trabalhar os sensores deste tipo. Explique. c) Os tubos de Bourdon podem ser confeccionados utilizando-se diversos materiais. Algumas ligas usualmente empregadas são Bronze fósforo, Aço Inox, Cobre- Berílio dentre outras. Cada uma possui seu coeficiente de elasticidade característico. Baseado na Lei de Hooke, explique como este parâmetro influencia qualidade da medição de pressão. Questão 2: As figuras abaixo apresentam dois manômetros diferentes de tubo em U : um com braços de diâmetros idênticos e outro com braços de diâmetro distintos. Este, o PI-01, possui um braço de diâmetro igual a 2 cm, aberto ao ambiente, e o outro de 5cm, conectado perpendicularmente à passagem do fluido, enquanto o PI-02, tem os dois braços de 5 cm instalados conforme mostra a figura. Água, de densidade igual a 1,0g/cm 3, preenche ambos os manômetros. Quando a tubulação está aberta ao ambiente e não há fluido escoando, a indicação do manômetro pode ser vista na figura A. Quando o fluido é bombeado e começa a escoar, o líquido no interior dos manômetros é deslocado e se estabiliza conforme o indicado na figura B. Para monitoramento do processo em questão, após a leitura dos manômetros, o operador deve registrar a pressão estática, a pressão dinâmica e a pressão total do fluido que escoa. Com base no desenho e no que foi descrito anteriormente, responda: 1

2 a) As pressões aferidas pelo instrumento são manométricas ou absolutas? b) Como são obtidas as pressões estática, dinâmica e total? c) Desenvolva uma expressão que permite calcular a pressão aferida pelo PI-01, em função de h1. d) Faça o mesmo para o PI-02, porém em função de h2. e) Quando h1 é igual a 10 cm e h2 igual a 2,5 cm, quais são as pressões estática, dinâmica e total registradas pelo operador em kg/cm 2. Questão 3: Em um processo industrial, uma reação química é feita utilizando-se água desmineralizada como um dos reagentes. A água desmineralizada é fornecida por uma estação de tratamento, cujo processo de desmineralização da água bruta tem como alvo reduzir a condutividade da água de algo em torno de 35 / para 8 /, que é o especificado pela reação química. 2

3 Para se assegurar as proporções desejadas entre os reagentes, um controle de vazão atua sobre a alimentação de cada reagente para a reação. No caso da água, o medidor de vazão é do tipo eletromagnético, instalado em uma tubulação de 2. Um problema comumente encontrado utilizando-se este tipo de medidor era que quando a condutividade da água oscilava, o medidor de vazão era afetado, enviando para o controlador um sinal que não correspondia com a demanda real de processo. Diante do apresentado, considere que o instrumento medidor de vazão foi calibrado para uma condutividade da água igual à requerida pelo processo e que esta influencia linearmente o sinal de saída gerado pelo medidor de vazão. O campo magnético gerado pela bobina deste medidor é de 0,08 T e os eletrodos de captação da tensão gerada foram instalados em lados opostos da tubulação, bem rentes a ela. Com base nos dados de condutividade média emitidos pela estação de tratamento para a condutividade da água desmineralizada no primeiro trimestre, calcule o sinal de saída, em mv, emitido pelo medidor de vazão, sabendo-se que a vazão de água real era de 18m 3 /h. a) Calcule o erro do instrumento e explique o efeito cada erro no controle de vazão de água. Janeiro 8,2 µs/cm Fevereiro 8,4 µs/cm Março 7,9 µs/cm b) Esse tipo de medidor de vazão poderia ser utilizado para medição de vazão de derivados do petróleo, explique. Questão 4: Um processo de lavagem de um determinado fluido, Fluido A, consiste na mistura deste com um segundo fluido, Fluido B, de modo que B remova de A uma impureza. Em seguida, os fluidos misturados devem ser separados, e graças a diferença de densidade entre ambos, isto pode ser feito em um vaso decantador, conforme mostrado a seguir: 3

4 É importe assegurar o nível da interface entre ambos para que A não arraste B, nem B leve consigo A. A indicação de interface é feita através de um medidor de nível por pressão diferencial. A pressão no topo do vaso é mantida constante em 303,975 kpa, enquanto a pressão de fundo depende das proporções entre fluido A e B no interior do vaso. Considere que o vaso deve estar sempre cheio da mistura dos dois fluidos. Apresente uma expressão, utilizada pelo transmissor de nível, que calcula o nível da interface de A e B a partir da pressão medida pelo sensor de pressão diferencial. Dados: Altura do vaso de 1 mt. Questão 5: Em processos industriais são utilizados solventes para a realização das reações químicas que envolvem o processo. Muitas vezes o solvente é arrastado, juntamente com outras impurezas leves, pelas linhas de gases ou também destilado paraa a purificação do produto final. No entanto, para otimizar o processo, muitas industrias possuem etapas de recuperação de solvente. Numa certa indústria química o solvente, THF (tetrahidrofurano), contaminado com metanol, deve ser recuperado e purificado para entrar novamente no processo. O processo se baseia numa destilação a 6 barg de pressão, onde o THF sai na corrente de fundo e o metanol na corrente de topo. Sabe-se que o tanque de THF, seguinte à coluna, opera com pressão ambiente, portanto, foi instalada uma placa de orifício que restringe a pressão à jusante em 1barg, de forma a proteger o tanque a sobrepressões. Sabendo que o diâmetro da tubulação de fundo é de 27,9 mm, o diâmetro do orifício é de 5,16 mm, a massa específica do THF nas condições de processo é de 880 kg/m3 e o coeficiente de descarga pode ser aproximado em 0,716, pede-se: 4

5 Se para cada batelada do processo são necessários 8000kg de THF. Quantas bateladas podem ser feitas por dia, sabendo que a coluna opera 24h por dia? Metanol THF contaminado THF para processo Questão 6 Complete a seguinte tabela de calibração para a seguinte malha de medição de vazão, que consiste de uma placa de orifício, um transmissor de P, extrator de raiz quadrada e um indicador. Suponha os seguintes faixas do instrumento: - FE: GPM, delta P de plg H2O, - FT: plg H2O, entra, saída vai de 3-15 PSI (linear) - FY: 3-15 PSI entra e saída (raiz quadrada) - FI: 3-15 PSI entra indicação vai de GPM 5

6 Vazão (GPM) Percentagem de vazão max (%) P na placa de Orifício (plg agua) Sinal saída do FT (PSI) FY saída FI indicação (GPM) Questão 7 Um sensor capacitivo de 2,4 m de altura, tem uma capacitância de 75 pf no ar, se o sensor é colocado num líquido com uma constante dielétrica de 65 a uma profundidade de 1,7 m. Qual será a leitura do sensor capacitivo? Questão 8 Um sistema de medida de nível por borbulhador requer uma pressão de 28 kpa para produzir bolhas num líquido cuja densidade é de 560 kg/m 3. Qual é a profundidade da saída do borbulhador no líquido? Questão 9 Uma sonda de detecção capacitiva de 2,7 m de altura tem uma capacitância de 157 pf no ar e 7,4 nf quando parcialmente imersa num líquido com uma constante dielétrica de 79 Quanto a sonda está imersa no líquido? Questão 10 O transmissor e receptor por ultrassons são colocados 10,5 pés acima da superfície de um líquido. Quanto tempo as ondas sonoras tomar para viajar a partir do emissor para o receptor? Suponha que a velocidade das ondas de som é de 340 m/s. 6