TEQ Sistemas de Instrumentação e Controle de Processos Lista de Exercícios nº 1. Respostas

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1 TEQ Sistemas de Instrumentação e Controle de Processos Lista de Exercícios nº 1 Respostas 1) (0,5) A precisão absoluta trata-se do desvio absoluto, ou seja, que não é percentual, que o valor lido pode sofrer. A precisão absoluta é dada mesma unidade da variável medida. Por exemplo: (100 ± 2 psi) -> Neste caso, 2 psi é a exatidão absoluta. Logo, a precisão de fundo de escala pode ser expressa por: Precisão em relação ao Fundo de Escala (%) = Exatidão Absoluta URL (Upper Range Limit ou Fundo de Escala).100 Precisão Absoluta = Exatidão (%) x URL (Upper Range Limit ou Fundo de Escala) 100 Precisão Absoluta = 4,5.25 (m/s) 100 = 1, 125 m/s 2) O erro é a diferença entre o valor real e o valor medido. Ele é representado como um desvio percentual do valor lido, podendo ser tanto positivo, quanto negativo. (a) Precisão de 7% de Fundo de Escala (0,25) Exatidão em relação ao Fundo de Escala (%) = Exatidão absoluta será 0,7*500= ± 35 Como erro é um desvio percentual do valor lido: (b) Precisão de 7% do Span (0,25) Exatidão em relação ao Span (%) = Exatidão absoluta será 0,7*520= ± 36,4 Exatidão Absoluta URL (Upper Range Limit ou Fundo de Escala).100 Erro = ± = 15,91% 220 Como erro é um desvio percentual do valor lido: Exatidão Absoluta URL (Upper Range Limit) LRL (Low Range Limit).100

2 3) (0,25) Range de 50 a 150 Psi Precisão absoluta = ± 5 Psi Erro = ± 36, = 16,55% 220 Precisão em % fundo de escala = ± 5 Psi. 100 % = ± 3,3% 150 Psi 4) (0,5) Traçando o gráfico das leituras obtidas no sentido crescente e decrescente, verificamos que existe histerese, uma vez que é notado um comportamento diferente para entrada crescente em relação à entrada decrescente. A região delimitada em tracejado mostra a histerese total A geração dessas linhas tracejadas geralmente requer alguma sutileza e não é tão científico. A primeira linha se adapta p/ passar através dos pontos em sentido ascendente. A segunda linha, em seguida, é tracejada através do conjunto de pts descendentes. Traça-se uma linha vertical no ponto médio da abcissa. A diferença na ordenada Y destas duas linhas torna-se então a quantidade total de histerese. Neste caso simplificado da histerese total é a diferença nos valores de y em relação ao valor total do span de y. % histerese = Ymn Ymp Ymax Ymin x100% = x100% = 17,4%

3 5) (0,25) A linha de fornecimento de vapor com indicação de vazão: 6) (1,0) A Figura 1 apresenta os seguintes instrumentos e equipamentos: 7) (0,25) Computador de Registro de Vazão localizado em campo e pertencente a malha 07 por exemplo: 8) Os símbolos mostrados são descritos a seguir a) (0,25) Cálculo Computacional para converter um sinal pneumático em elétrico, correspondendo a uma Vazão. b) (0,25) Indicador de tensão elétrica (voltagem) atrás do painel principal de controle. 9) (0,25) Válvula Borboleta operada Pneumáticamente:

4 10) (1,0) Interpretação dos Instrumentos e Equipamentos: - Vaso Separador: Recebe uma mistura de componentes e os separa, neste caso, em fase vapor (mais voláteis), fase oleosa (mais pesado) e fase aquosa. - Demister Pad: Telas que impedem o arraste de líquido pela fase vapor. - Vortex Breakers: Estruturas no interior da fase de geometria tal que impedem a formação de vórtex e, consequentemente, diminuem os efeitos de mistura. - PSV: Válvula de Segurança ou de alívio. Representam uma segurança mecânica contra sobre-pressão no interior do vaso Especificação das Malhas de Controle: - Malha 10: Controle de Nível de água O nível é medido e transmitido pelo LT/10. O valor desta variável de controle (variável de processo) é enviado para um controlador de nível LC/10, o qual compara o valor do nível medido com um valor desejado de processo, o set point. De acordo com o desvio da variável de processo frente ao setpoint, o controlador envia um sinal para a válvula de controle de nível LV/10 (elemento final de controle) que abre ou fecha deixando escoar mais ou menos água para manter o nível desejado. - Malha 20: Controle de Pressão da fase vapor A pressão da fase vapor é medida no topo do vaso e transmitida pelo PT/20 para o controlador de pressão PC/20 que atua sobre válvula de controle de pressão PV/20 que abre ou fecha aliviando ou não a pressão do vaso para mantê-la no set point desejado. oleosa. - Malha 30: Controle do Nível de óleo Análoga à malha 10, porém atua sobre a fase 11) (0,5) A sensibilidade de um instrumento é o quanto seu sinal de saída varia frente a uma variação do Sinal de Entrada: Sensibilidade = ganho = Variação da Variável de Saída Variação da Variável de Entrada Neste caso a sensibilidade será: S = 17,5 mv 7 C = 2,5 mv/ C

5 12) (0,5) Variável Controlada ou Variável de Processo (PV) é aquela variável cujo valor deve ser mantido em ponto desejado para o bom funcionamento do processo. Variável Manipulada é aquela que será alterada para que a variável de processo se mantenha no valor desejado. Exemplo: Controle de temperatura de um reator com serpentina para aquecimento a vapor: a variável de processo é a temperatura do reator, pois é necessário assegurar que esta se mantenha num valor fixo para que a reação ocorra de forma seletiva e controlada. Para mantê-la no valor desejado, mais ou menos vapor é alimentado a uma serpentina no interior do reator. Quando a PV cai, isto é, a temperatura do reator fica abaixo do desejado, mais vapor deve ser alimentado e vice e versa. Logo a vazão de vapor é a variável manipulada. 13) (0,5) Conversão de Temperaturas: i. 115 C = 239 F ii. 456 K = 361,13 F iii. 423 R = -36,67 F 14) (0,5) Para calcular o aumento de temperatura de 3 ft 3 de água em 15 C, é necessário conhecer a capacidade calorífica da água, C, e sua densidade, d. A temperatura ambiente: C = 1 cal/g o C d = 999,97 kg/m³ 3 ft 3 correspondem a 0, m 3 Logo: Q = 0,08495m ,97kg m 3 Q = m. C. T = V. d. C. T. 1cal g. 15. (1000g) = 1274,2 kcal 1kg 15) (0,5) A dilatação térmica de metais segue a seguinte fórmula: l = l 0 (1 + α. T) Onde α é o coeficiente de expansão linear. No problema: l = 115 2,5 = 115,2083 ft l 0 = 115ft T = 116 ( 40) = 156

6 Observação: 1 pé (ft) = 12 polegadas (inch ou plg ou ) Logo, α será dado por: α = l l 0 1 T = 115, = 1,16109x10 5 1/ ) (0,5) R = 2246 Ω a 63 F = 17,22 C R = 3074 Ω a 405 C Onde α R é o coeficiente de resistência. No problema: Logo, α R será dado por: α R = R = 3074 Ω R = R 0 (1 + α R. T) R 0 = 2246 Ω T = 405 (17,22 ) = 387,78 R R 0 T = ,78 = 9,5068x10 4 1/ 17) (0,5) A tensão de saída é proporcional à diferença de temperatura entre as duas junções, isto é, a junção localizada no ponto em que se está aferindo a temperatura e a junção localizada em um ponto de referência. Dessa forma: V saída = k. (T aferida T referência ) T aferida = 1773 T referência = 67 = 19,44 k = 40 μv/ C Logo, temos: V saída = 40. ( ,44) = 70142,4 μv = 0,070 V 18) (1,5) Avaliação dos termos: Processo: Abastecimento de água de um Reservatório

7 Elemento sensor primário: Nível da Boia Elemento de controle final: Bomba Range de medição: 20 a 30 ft Valor mínimo do Range (LRV): 20 ft Valor máximo do Range (URV): 30 ft Span de medição: 10 ft Indicador: Ponteiro e Régua Transmissor: Cabo e o pivot (transdutor) + a visão do homem (condicionador de sinal) Controlador: Homem Variável medida (ou variável de processo): Nível de água no reservatório Variável Manipulada: Vazão de água do poço para o reservatório