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1ENGENHARIA ELÉTRICAENC 2003
Instruções1- Você está recebendo o seguinte material:a) este caderno com o enunciado das 5 (cinco) questões comuns a todos os formandos e de outras15 (quinze) questões específicas, das quais você deverá responder a 3 (três), à sua escolha, e dasquestões relativas às suas impressões sobre a prova, assim distribuídas:
* Para facilitar a distribuição, os valores indicados em cada questão somam 10,0 pontos. Após a correção, será feito
o ajuste para o valor 12,5, de forma a que o total da prova corresponda a 100,0.
b) 01 Caderno de Respostas em cuja capa existe, na parte inferior, um cartão destinado às respostasdas questões relativas às impressões sobre a prova. O desenvolvimento e as respostas das questõesdiscursivas deverão ser feitos a caneta esferográfica de tinta preta e dispostos nos espaços especificadosnas páginas do Caderno de Respostas.
2 - Verifique se este material está em ordem e se o seu nome no Cartão-Resposta está correto. Casocontrário, notifique imediatamente a um dos Responsáveis pela sala.
3 - Após a conferência do seu nome no Cartão-Resposta, você deverá assiná-lo no espaço próprio,utilizando caneta esferográfica de tinta preta.
4 - Esta prova é individual. Você pode usar calculadora científica; entretanto são vedadas qualquercomunicação e troca de material entre os presentes, consultas a material bibliográfico, cadernos ouanotações de qualquer espécie.
5 - Quando terminar, entregue a um dos Responsáveis pela sala o Cartão-Resposta grampeado aoCaderno de Respostas e assine a Lista de Presença. Cabe esclarecer que nenhum graduando deveráretirar-se da sala antes de decorridos 90 (noventa) minutos do início do Exame. Após esse prazo, vocêpoderá sair e levar este Caderno de Questões.
ATENÇÃO:Você poderá retirar o boletim com seu desempenho individual pela Internet, mediante a utilização de umasenha pessoal e intransferível, a partir de novembro. A sua senha é o número de código que apareceno lado superior direito do Cartão-Resposta. Guarde bem esse número, que lhe permitirá conhecer oseu desempenho. Caso você não tenha condições de acesso à Internet, solicite o boletim ao INEP noendereço: Esplanada dos Ministérios, Bloco L, Anexo II, Sala 411 - Brasília/DF - CEP 70047-900, juntandoà solicitação uma fotocópia de seu documento de identidade.
6 - Você terá 04 (quatro) horas para responder às questões discursivas e de impressões sobre a prova.
OBRIGADO PELA PARTICIPAÇÃO!
Nos das Questões
1 a 5
6 a 20
1 a 13
Partes
Questões comuns
Questões específicas
Impressões sobre a prova
Nos das pp. neste Caderno
2 a 6
8 a 25
26
Valor de cada questão
12,5*
12,5*
—
CADERNODE
QUESTÕES
EN
GE
NH
AR
IA E
LÉ
TR
ICA
MECMinistério da
Educação
DAESDiretoria de Estatísticas e Avaliação
da Educação Superior
ConsórcioFundação Cesgranrio/Fundação Carlos Chagas
INEPInstituto Nacional de Estudos e
Pesquisas Educacionais "Anísio Teixeira"
2ENGENHARIA ELÉTRICA ENC 2003
1
Um dispositivo muito útil nos carros modernos é o desembaçador de vidro traseiro. Ele é composto por condutores pintados sobreo vidro, usando tinta resistiva. A figura abaixo mostra o desenho do vidro traseiro com as dimensões da rede e, ao lado, o circuitoequivalente. Ignore a resistência da fiação que liga a bateria aos pontos C e D.
Para cumprir uma exigência do projeto, é necessário que os segmentos AB , CD , EF , CA , CE , DB , DF dissipem a mesma potênciapor unidade de comprimento. Considerando essa dissipação igual a 1 W/cm, calcule:
a) o valor do resistor R1; (valor: 3,0 pontos)
b) os valores dos resistores R2 e R3; (valor: 5,0 pontos)
c) a resistência equivalente entre os pontos C e D. (valor: 2,0 pontos)
A
R1
R2
R2
12V
R3
R3
R3
R3
B
C
E F
D
VIDRO TRASEIRO
A
C
E
0,25 m
0,25 mF
D
B
0,25 m
0,25 m
1,0 m
1,0 m
1,0 m
3ENGENHARIA ELÉTRICAENC 2003
2
Existem 16 possíveis funções para portas lógicas com duas entradas, como mostrado na tabela abaixo.
As mais empregadas são as portas E, OU, Não-E, Não-OU e OU-Exclusivo. Dessas 16 funções, foram selecionadas duas,implementadas por meio das portas lógicas P e Q cujas tabelas-verdades são representadas a seguir. Observe que as entradasA e B não são comutativas e que os níveis lógicos 0 e 1 estão disponíveis para serem utilizados como entradas.
a) Utilizando exclusivamente portas P, construa uma porta inversora. (valor: 2,0 pontos)
b) Utilizando exclusivamente portas Q, construa uma porta inversora. (valor: 2,0 pontos)
c) Utilizando exclusivamente portas P, construa uma porta E de duas entradas. (valor: 3,0 pontos)
d) Utilizando exclusivamente portas Q, construa uma porta OU de duas entradas. (valor: 3,0 pontos)
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
Porta P
0
0
1
0
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
Porta Q
0
1
0
0
BB
P Q
AA
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
0
0
0
0
0
E
0
0
0
1
P
0
0
1
0
Q
0
1
0
0
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
OU-Ex
0
1
1
0
OU
0
1
1
1
1
0
0
0
−OU Ex
1
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
1
0
1
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
1
1
1
1
0
OU B Q A P E
Tabela das possíveis funções lógicas para portas de duas entradas (A e B)
4ENGENHARIA ELÉTRICA ENC 2003
620 10 14Tensão (V)
Corrente (A)
1
3
5
7
3
Trabalhando num laboratório de medidas, um engenheiro teve de solucionar dois problemas.
a) Problema 1
Trata-se de um problema muito comum: medir o valor de um componente sem removê-lo do circuito, isto é, obter a medida do
resistor R1, como mostrado nas duas figuras abaixo.
O engenheiro usou inicialmente o método M1 que, conforme mostra a primeira figura, consiste em simplesmente medir com um
ohmímetro a resistência nos terminais de R1, mas concluiu que a medida obtida era falsa.
Ele optou, então, pelo método M2 que consiste em usar um amplificador operacional, um resistor Rf conhecido e uma fonte de
sinal Vi compatível com o circuito.
Explique por que o método M1 pode gerar uma medida falsa, por que o método M2 é correto e, para este método, determine a
expressão para o resistor R1. (valor: 5,0 pontos)
b) Problema 2
Foi levantada a curva corrente x tensão de um gerador fotovoltaico, como mostra a figura.
Com base nos dados da curva, calcule, com valores aproximados, a potência máxima (Pmax) que o gerador pode fornecer e a
carga resistiva (RL) que permite a operação do gerador no ponto de máxima potência. (valor: 5,0 pontos)
Circuito
Eletrônico
Ohmímetro
R
R
2
1
B
C
A
Método M1Método M2
Circuito
Eletrônico
R
V
V
R
R
2
i
O
1
f
B
C
A
+
5ENGENHARIA ELÉTRICAENC 2003
4
O circuito a seguir realiza, através da eletrônica analógica, um sistema em malha fechada.
a) Calcule as expressões de K e T em termos dos componentes passivos do circuito, para que o diagrama de blocos a seguir representeo comportamento saída / entrada do circuito. Considere os amplificadores operacionais ideais. (valor: 5,0 pontos)
b) Calcule a Função de Transferência ( )
( )( )
Y sF s
U s= . (valor: 3,0 pontos)
c) Analise a estabilidade do sistema em função do resistor R1. (valor: 2,0 pontos)
Dados / Informações Técnicas
Para o circuito abaixo, tem-se 2 1
( )( ) ( )
( )s
e
Z sV s V s
Z s= −
V2
+
-
V1
Zs
Ze
Σ
U(s) Y(s) +
- s 1
1
T + K
R
R
R
R1
R
RR
2
R2
C2
R
+-
-+
+-
-+
u(t)y(t)
z(t)x(t) w(t)
6ENGENHARIA ELÉTRICA ENC 2003
5
Nos computadores modernos, a memória cache é um recurso de grande importância. A especificação do seu tamanho (T) deve levarem conta o compromisso entre Taxa de Acertos (A) e Preço (P).
A Fig. 1 apresenta uma curva típica da Taxa de Acertos e a Fig. 2, o seu Preço, em função do tamanho da memória cache.
Os parâmetros podem ser relacionados por meio da seguinte função objetivo C:
. .A PC K A K P= −
onde KA e KP são duas constantes cujos valores dependem das particularidades de cada problema.
Considerando KA = 1 e KP = 4 e com base na função objetivo, calcule To (tamanho ótimo), isto é, o tamanho da memória para obter omelhor compromisso entre a Taxa de Acertos e o menor Preço.
Dados / Informações Técnicas
• T é o tamanho da memória cache, medido percentualmente em relação ao tamanho da memória principal.
• A é a taxa de acertos da memória cache. Por exemplo, A = 50% significa que 50% dos acessos ocorreram na memória cache.
• P é o preço da memória cache, em centenas de reais.
• KA é a constante de ponderação para a Taxa de Acertos.
• KP é a constante de ponderação para o Preço.
( )0 ,05100 1 TA e−= −
Figura 1
0, 5 .P T=
Figura 2
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
10
(%)
(%)
20
30
40
50
60
70
80
100
90
00
A
T
Taxa de Acertos x Tamanho
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
5
10
15
20
25
30
35
40
50
45
00
(%)T
P
Preço x Tamanho
7ENGENHARIA ELÉTRICAENC 2003
A T E N Ç Ã O !
1 – A seguir, serão apresentadas as questões de números 6 a 20, relativas às matérias de Formação Profissional Específica,
distribuídas de acordo com as seguintes ênfases:
ELETROTÉCNICA: Questões 6, 7 e 8
ELETRÔNICA: Questões 9, 10 e 11
TELECOMUNICAÇÕES: Questões 12, 13 e 14
COMPUTAÇÃO: Questões 15, 16 e 17
AUTOMAÇÃO E CONTROLE: Questões 18, 19 e 20
2 – Deste conjunto, você deverá responder a apenas 3 (três) questões, que deverão ser livremente selecionadas por você,
podendo, inclusive, ser de ênfases (especialidades da Engenharia Elétrica) diferentes.
3 – Você deve indicar as 3 (três) que escolheu no local apropriado no Caderno de Respostas.
4 – Se você responder a mais de 3 (três) questões, só serão corrigidas as três primeiras respostas.
8ENGENHARIA ELÉTRICA ENC 2003
6 - ELETROTÉCNICA
Os conversores de eletrônica de potência empregam dispositivos semicondutores que operam no corte ou na saturação. Considereque estes dispositivos são tratados como chaves ideais e os conversores, como uma caixa de chaves operando repetitivamenteconectando fontes com cargas, conforme sugerem as figuras abaixo. Dois, dos cinco circuitos apresentados na figura, violam asleis fundamentais de circuitos elétricos.Para cada um dos cinco circuitos, apresente uma justificativa para a violação, ou não, das referidas leis.
CHAVES CARGA
E
L1
R1C1
FONTE
CHAVES CARGA
E
C1 R1
FONTE
CHAVES CARGA
E
L1
C1 R1
FONTE
CHAVES CARGA
E
L1 L2
C1 R1
FONTE
CHAVES
CARGA
E L1 R1
FONTE
circuito 1
circuito 2
circuito 3
circuito 4
circuito 5
9ENGENHARIA ELÉTRICAENC 2003
7 - ELETROTÉCNICA
Considere o circuito equivalente, por fase, de um motor de indução trifásico mostrado na figura.
Nesse circuito, a potência dissipada na resistência
representa a parcela de potência elétrica convertida em potência mecânicade rotação.
Em uma primeira aproximação, válida para pequenos valores de escorregamento, a indutância de magnetização pode ser
considerada infinita, as indutâncias de dispersão, nulas e a perda na resistência do estator, desprezada. Portanto, além da
resistência
, só a resistência do rotor permanece no modelo.
a) A partir das informações e simplificações acima, deduza uma expressão para o torque () disponível no eixo da máquina em função
da tensão (), da freqüência de alimentação (
) e da velocidade de escorregamento (
) e demonstre que, mantidos os valores
de ,
e
, o torque é proporcional à velocidade de escorregamento. (valor: 3,0 pontos)
b) Para uma queda de tensão de alimentação de 30%, mantida a mesma freqüência de alimentação (), calcule a queda percentual
do torque, para a mesma velocidade de escorregamento. (valor: 3,0 pontos)
c) Conversores eletrônicos permitem variar tanto a freqüência angular () quanto a tensão (
), utilizando modulação por largura
de pulso (PWM). Uma das técnicas mais empregadas atualmente para o controle de motores de indução consiste em manter a
relação
constante para velocidades abaixo da nominal. Qual a vantagem dessa técnica de controle em termos da capacidade
de torque do motor? Justifique sua resposta. (valor: 4,0 pontos)
Dados / Informações Técnicas
• é a resistência do estator.
• é a resistência do rotor.
• é a indutância de dispersão do estator.
• é a indutância de dispersão do rotor.
• é a indutância de magnetização.
• é a freqüência angular da fonte de alimentação.
•
é a freqüência angular de rotação do rotor para uma máquina de dois pólos.
• é a tensão da fonte de alimentação.
• ( )−
= é o escorregamento.
•
= −
é a velocidade de escorregamento.
( )=
10ENGENHARIA ELÉTRICA ENC 2003
8 - ELETROTÉCNICA
Nos circuitos trifásicos simétricos e equilibrados a quatro fios, que alimentam cargas lineares, as correntes que circulam pelas fasessão senoidais, defasadas de 2π/3 radianos, e oscilam na freqüência nominal da rede de alimentação. Com isso, a corrente que circulapelo neutro é nula.Atualmente, em algumas instalações comerciais com elevado número de computadores, reatores eletrônicos e outras cargas comcaracterística não linear, o espectro de freqüência das correntes que circulam pelas fases possuem, também, componentes comfreqüências harmônicas.Admita que a corrente que circula pela fase 'a' de um circuito trifásico simétrico e equilibrado, alimentando uma carga não linear, tenhaa forma do gráfico abaixo.
As correntes das duas outras fases estão defasadas de 120 graus em relação a esta corrente e possuem a mesma forma de ondae amplitude B.
b) Esboce um gráfico da corrente que circula pelo neutro, indicando a amplitude e o período dessa corrente. (valor: 3,0 pontos)
c) Determine a ordem das freqüências harmônicas presentes na corrente de neutro. Justifique sua resposta. (valor: 3,0 pontos)
d) Determine o valor eficaz das correntes de fase e da corrente de neutro. (valor: 3,0 pontos)
Dados / Informações Técnicas
Sinais com simetria de meia onda, ou seja, v (ωt) = − v (ωt+π) , apresentam apenas harmônicos de ordem ímpar.
O valor eficaz de um sinal v(t) de período T é dado por: Veficaz
= ∫T 2
0
1(t) dt
Tv .
π 2π 3π
+ B
− B 120π t (rad)
ia (A)
a) Esboce um gráfico para cada corrente de fase. ( valor: 1,0 ponto )
11ENGENHARIA ELÉTRICAENC 2003
VCO(OsciladorControladoà Tensão)
f OL
Divisor deFreqüência
Digital20
Divisor deFreqüência
DigitalFixo128
Oscilador aCristal
em 1,28 MHz
Comparadorde
Fase
Y
Divisor deFreqüência
DigitalProgramável
N
9 - ELETRÔNICA
Um receptor para radiodifusão sonora em FM utiliza a técnica de laço de fase amarrada Phase-Locked Loop (PLL) para permitir asintonia das diversas emissoras. O diagrama de blocos a seguir apresenta um sintonizador com base em PLL, onde o N é programadopara um dado canal.
a) Determine a faixa de valores de N no divisor de freqüência digital programável que permite a sintonia de todas as emissoras. (valor: 6,0 pontos)
b) Explique a razão principal pela qual é empregado um oscilador a cristal como referência para o comparador de fase. (valor: 2,0 pontos)
c) Identifique o estágio Y. (valor: 2,0 pontos)
Dados / Informações Técnicas
• A faixa de operação da radiodifusão sonora em FM é de 87,9 MHz a 107,9 MHz, com 100 canais de 200 kHz de largura de banda.
• A tabela abaixo mostra a banda do canal, os valores das freqüências geradas pelo PLL (fOL
) e os valores das freqüências de
operação (fOP
) dos canais de radiodifusão sonora FM.
CANAL
1
2
3
.
.
.
99
100
87,9 a 88,1
88,1 a 88,3
88,3 a 88,5
.
.
.
107,5 a 107,7
107,7 a 107,9
88,0
88,2
88,4
.
.
.
107,6
107,8
98,6
98,8
99,0
.
.
.
118,2
118,4
FAIXA (MHz) fOP (MHz) fOL (MHz)
12ENGENHARIA ELÉTRICA ENC 2003
10 - ELETRÔNICA
O diodo Zener é um dispositivo muito empregado no projeto de reguladores de tensão. A Fig. 1 apresenta o símbolo, a curvacaracterísitca simplificada e o modelo de um diodo Zener de 10 V.
a) Usando a Curva Característica, calcule os valores de Vz e Rz apresentados no modelo. (valor: 3,0 pontos)
b) Para o circuito da Fig. 2, apresentada a seguir, calcule a faixa de valores de Vi dentro da qual o diodo Zener mantém a regulagem
e indique a tensão de saída Vo para os extremos dessa faixa. (valor: 3,0 pontos)
c) Para o esquema da Fig. 3, acima, calcule a faixa de valores em que RL pode excursionar sem que o Zener saia de sua faixa ativa.(valor: 4,0 pontos)
Dados / Informações Técnicas
• Izk = corrente mínima para o diodo Zener operar em sua faixa linear.
• Izm = corrente máxima que o diodo Zener suporta.
• Rz = resistência interna do diodo Zener.
Figura 2 Figura 3
100 V
V
o
i 22 V
100 V
R
o
L
Figura 1
Tensão Reversa
Corrente Reversa
10 V 9,51 V
= 1 mA
= 50 mA R
I
I
V
z
zk
z
Izm
z
= 100 mA
10,5 V
Curva Característica simplificada do Diodo Zener *
Símbolo doDiodo Zener
Modelo parao Diodo Zener
+
_
* Não está em escala.
13ENGENHARIA ELÉTRICAENC 2003
11 - ELETRÔNICA
A figura apresenta o diagrama de blocos de uma câmera fotográfica acionada por um controlador digital para o qual foi proposta aseguinte lógica:
A experimentação da câmera, entretanto, indicou que havia erros no projeto.
a) Indique a condição lógica de entrada para a qual o controlador digital apresenta um erro no comando do flash. (valor: 3,0 pontos)
b) Indique a condição lógica de entrada para a qual o controlador digital apresenta um erro no comando do obturador. (valor: 3,0 pontos)
c) Obtenha as expressões de Obt e Fls para o projeto corrigido do controlador digital, empregando Mapas de Karnaugh. (valor: 4,0 pontos)
Dados / Informações Técnicas
• Enquanto a máquina estiver ligada, o circuito de carga do flash estará acionado.
• O símbolo ⊕ indica operação ou - exclusivo.
• Mapa de Karnaugh a ser utilizado na solução:
• Obturador é o dispositivo que abre para entrada de luz na câmera quando o botão de disparo é acionado.
• O carregamento do flash é iniciado automaticamente após o disparo.
• O flash não pode disparar e o obturador não pode ser acionado quando a objetiva estiver tampada.
• O flash só pode disparar quando a luminosidade do ambiente for insuficiente.
F=0
F=1
C=0
C=1
Luz insuficiente
Luz suficiente
Flash sem carga
Flash carregado
• Entradas:
B=0
B=1
P=0
P=1
Botão não acionado
Botão acionado
Sem protetor
Com protetor
00 01 11 100001
FBPC
1110
Fls F B C= ⋅ ⋅ ( )CFBPObt ⊕⋅⋅=
Obt=0
Obt=1
Não aciona o obturador
Aciona o obturador
• Saídas:
Fls = 0
Fls = 1
Não aciona o flash
Aciona o flash
Fotômetro
Circuito deCarga do
Flash
Botão deDisparo
Controlador
Digital
F
B
C
Obturador
Flash
Obt
Fls
Protetor daObjetiva
P
(Tampa)
14ENGENHARIA ELÉTRICA ENC 2003
12 - TELECOMUNICAÇÕES
Um sistema digital de comunicação de dados com sinalização ternária é estabelecido entre um satélite geoestacionário e uma estação
terrena, na freqüência de operação de 4,0 GHz. Sendo a potência de saída do transmissor do satélite de 100 W, determine:
a) o ganho, em dB, da antena transmissora do satélite, em relação à antena isotrópica; (valor: 1,0 ponto)
b) o máximo valor da taxa de bits C capaz de garantir, na entrada do receptor da estação terrena, uma relação mínima
Eb/N
o (energia de bit / densidade espectral de potência de ruído) de 10 dB. (valor: 9,0 pontos)
Dados / Informações Técnicas
• Distância entre o satélite e a estação terrena: d = 36.000 km.
• Potência efetivamente irradiada pelo satélite: PERP
= 37 dBW.
• Ganho da antena receptora da estação terrena: GR = 39 dBi.
• Temperatura de ruído na entrada do receptor: TR = 300 K.
• Constante de Boltzmann: kB = 1,38 x 10−23 (W/Hz)/ K.
• Sinalização ternária: 8 níveis.
• Perda básica (perda em espaço livre): L (dB) = 32,44 + 20 log d (km) + 20 log f (MHz).
• Densidade espectral de potência de ruído aditivo branco gaussiano: No = k
B T , em W /Hz, onde T é a temperatura em Kelvin.
• Energia de bit: Eb = S.D , onde S é a potência do sinal e D é a duração do bit.
15ENGENHARIA ELÉTRICAENC 2003
Acopladordirecional
Pi Ramoauxiliar
ZL
13 - TELECOMUNICAÇÕES
Um sistema de microondas operando em 11 GHz emprega um guia de ondas retangular com dimensões 0,9" x 0,4". A Fig. 1 fornececurvas de atenuação, em dB/m, em função de freqüência, para uma onda que se propaga ao longo dos guias especificadoscujas paredes apresentam condutividade finita.
a) Determine o maior comprimento possível para o guia empregado, na condição de que a potência entregue à carga não sofra umaqueda maior que 40% da potência de alimentação. (valor: 7,0 pontos)
b) Calcule o fator de acoplamento do acoplador direcional mostrado na Fig. 2, inserido entre os terminais do guia e da carga, de maneiraque 1/3 da potência que chega à entrada do acoplador seja desviada pelo ramo auxiliar. (valor: 3,0 pontos)
Dados/ Informações Técnicas
PL = Pi e – 2 α z [ 1 − | σL| 2 ]
σL = (Z
L − Zo) / (Z
L + Z
o)
PL : potência entregue à carga [W].
Pi : potência de alimentação [W].
α : constante de atenuação [NP/m].
z : comprimento do guia [m].
σL :
coeficiente de reflexão na carga.
ZL : impedância da carga [Ω].
Zo : impedância intrínseca da onda para o modo de operação [Ω].
Figura 1
0
6,56 16,1
Freqüência (GHz)
0,1
0,3
0,2
0,4
0,5
dB
/m
0,6
Curva 1
Curva 2
Curva 3
5 10 15 20 25 30
Figura 2
Curva 1
TE10
a = 0,9" , b = 0,04"
Curva 2
TE10
a = 0,9" , b = 0,4"
0,4”
Curva 3
TM11
a = 0,9" , b = 0,4"
0,4”
0,04”
16ENGENHARIA ELÉTRICA ENC 2003
14 - TELECOMUNICAÇÕES
Um enlace de dados half-duplex opera com base em um protocolo síncrono cujo bloco é representado pelo seguinte quadro:
O protocolo funciona da seguinte maneira:
• para cada bloco transmitido resulta, obrigatoriamente, um retorno de dados, com apenas 8 bytes, chamado acknowledge,para informar se o bloco foi recebido como correto (ACK) ou como incorreto (NAK);
• se o acknowledge indicar que o bloco foi recebido como incorreto (NAK), deverá haver uma nova transmissão deste mesmo bloco.
Determine:
a) o tempo total para a transmissão completa de 8.000 blocos, sob as condições do protocolo descrito, supondo que todos osblocos tenham sido recebidos como corretos (ACK); (valor: 6,0 pontos)
b) o tempo total para a transmissão de 8.000 blocos, sob as condições do protocolo descrito, para uma taxa de erros de blocoBLER de 1,0 %; (valor: 2,0 pontos)
c) o valor da taxa de transferência de bits de informação TTBI para a transmissão de 8.000 blocos, considerando a taxa de erros debloco BLER nula. (valor: 2,0 pontos)
Dados / Informações Técnicas
• Todos os blocos transmitidos pela segunda vez são recebidos como corretos (ACK).
• Em cada um dos dois sentidos de propagação ocorre um retardo de tempo adicional de 10 ms entre a transmissão de cada bloco,
incluindo os de informação, ACK e NAK.
• Distância entre os terminais: d = 10.000 km.
• Velocidade de propagação: v = 250.000 km/s.
• Taxa de bits para a transmissão do bloco: CB = 9.600 bps.
• Taxa de bits para a transmissão do acknowledge: CA = 4.800 bps.
• Taxa de erros de bloco BLER:
BLER = número de blocos errados / número total de blocos transmitidos.
• Taxa de transferência de bits de informação TTBI:
TTBI = total de bits de informação transmitidos / tempo total gasto para a transmissão.
início dequadro
início detexto
fim detexto
fim dequadro
sincronismo
1 byte 1 byte1 byte 1 byte4 bytes 2 bytes200 bytes
texto (informação)verificação
de errodo quadro
17ENGENHARIA ELÉTRICAENC 2003
15 - COMPUTAÇÃO
No algoritmo a seguir, as variáveis HENRY e FARAD recebem valores por meio da passagem de parâmetros por valor e por referência,respectivamente.
Algoritmo ELETRIC2003;
Variáveis VOLT, AMPERE : numérico;
Procedimento CIRCUITO(HENRY:numérico;var FARAD:numérico);
Início-do-procedimento
Variável MAXWELL : lógica;
Atribuir 3 a HENRY;
Atribuir 7 a FARAD;
Atribuir FALSO a MAXWELL;
Repetir
Atribuir (HENRY – 1) a HENRY;
Atribuir (FARAD – HENRY) a FARAD;
Se HENRY = 0 então Atribuir VERDADEIRO a MAXWELL;
Até que MAXWELL;
Fim-do-procedimento
Corpo do algoritmo
Início
Atribuir 8 a VOLT;
Atribuir 2 a AMPERE;
CIRCUITO(VOLT, AMPERE);
imprimir(VOLT,AMPERE);
Fim-algoritmo.
a) Indique, justificando, os valores que as variáveis VOLT e AMPERE assumirão após a execução do algoritmo. (valor: 6,0 pontos)
b) Apresente um algoritmo para o procedimento CIRCUITO, substituindo a estrutura de controle Repetir ... Até que pelaestrutura Enquanto ... Faça. (valor: 4,0 pontos)
18ENGENHARIA ELÉTRICA ENC 2003
16 - COMPUTAÇÃO
A figura abaixo mostra uma rede de computadores de uma empresa. Essa rede permite o acesso remoto a partir das residências dosfuncionários. Verificou-se que a sub-rede SUN Solaris apresenta sobrecarga devido ao alto tráfego entre as estações, o que resultaem elevado índice de colisões.
a) Indique, justificando, o equipamento para interconexão de redes mais adequado para integrar à Internet o ambiente constituídopelas três sub-redes. (valor: 3,0 pontos)
b) Apresente, justificando, a solução mais indicada para o problema de sobrecarga de tráfego na sub-rede SUN Solaris. (valor: 3,0 pontos)
c) Indique o protocolo de linha discada para acessar a rede a partir das residências. Apresente três vantagens desse protocolo emrelação ao SLIP Serial Line Internet Protocol. (valor: 4,0 pontos)
Dados / Informações Técnicas
• O protocolo empregado é o TCP/IP.
• O acesso por linha discada é realizado por meio da rede Windows 2000.
Servidor S301 Estação Multimídia S302
Hub
Laptop S303
Hub
Hub
Rede SUN Solaris
Equipamento para Interconexão
de redes
Estação W203
Estação W202
Servidor W201
Rede Windows 2000
Estação L402
Scanner
Servidor L401
Rede Linux
Laptop L403
19ENGENHARIA ELÉTRICAENC 2003
17 - COMPUTAÇÃO
Você é o engenheiro contratado para integrar o Suporte Técnico de Informática de uma empresa e tem como atribuição apresentarsoluções para a modernização dos recursos existentes no ambiente de trabalho, no que diz respeito às tendências de mercadorelacionadas aos componentes de hardware e de software.
a) Analise as configurações I, II e III, apresentadas abaixo, e indique, justificando, aquela(s) que possui(em) maior capacidade dearmazenamento de informações em disco rígido. (valor: 4,0 pontos)
b) Conceitue os barramentos USB e Firewire e faça uma análise comparativa dos dois, considerando os seguintes aspectos: topologiade conexão, iniciador / alvo, disponibilidade comercial nos equipamentos e taxas de transferência. (valor: 5,0 pontos)
c) Indique, justificando, se é possível instalar o sistema operacional Windows XP Professional nas configurações I, II e III. (valor: 1,0 ponto)
Dados / Informações Técnicas
O quadro a seguir apresenta as configurações I, II e III para microcomputadores.
• 32 MB DIMM RAM
• CD-ROM 52X
• Barramento USB versão 1.1
• HD com as seguintes características:38792 cilindros, 16 cabeçotes, 63 setores
• 128 MB DDR RAM
• Barramento USB versão 1.1
• HD com as seguintes características:38792 cilindros, 24 cabeçotes, 126setores
• 256 MB DDR RAM
• CD_RW de 48X
• Barramento USB versão 2.0
• HD com as seguintes características:19396 cilindros, 32 cabeçotes,126 setores
Componentes comuns nas configurações:• Placa-mãe “Asus”
• Processador Pentium IV 1.70 GHz
• Fax/Modem 56k V.92
• Placa de rede 10/100 MB onboard
• Interface para redes sem fio
• Drive de 3 ½ pol – 1.44 MB
• Interfaces serial e paralela
• Gabinete ATX
• Monitor de Vídeo de 15 pol
• Teclado
• Mouse
CONFIGURAÇÕES
I II III
Obs: Cada setor corresponde a 512 bytes
20ENGENHARIA ELÉTRICA ENC 2003
18 - AUTOMAÇÃO E CONTROLE
O diagrama em blocos da figura corresponde ao modelo de um sistema de controle de velocidade de um motor CC. A Função de
Transferência do motor foi obtida a partir de um ensaio de malha aberta, desprezando sua constante de tempo elétrica Eτ , considerada
muito pequena, se comparada à constante de tempo mecânica 0, 5Lτ = segundo.
a) Projete um controlador proporcional-integral do tipo (1 )
( )K Ts
C ss
+= , para que o sistema apresente:
• o erro em regime permanente nulo, para entrada de referência em degrau;
• a Função de Transferência de malha fechada de 1ª ordem;
• o tempo de acomodação a 5% do valor final 5% 0,1rt ≅ segundo. (valor: 3,0 pontos)
b) Um ensaio realizado no sistema, com referência em degrau unitário 1( )R s
s= e considerando o controlador
1, 56 (1 0 , 50 )( )
sC s
s
+= ,
revelou uma resposta ( )tω como mostrado no gráfico, onde se observa um sobressinal (overshoot) de 25% e um tempo de
acomodação 5% 0, 6rt ≅ segundo. Considerando que este controlador emprega a técnica de cancelamento de pólos e zeros,
o que, para o modelo considerado, acarretaria uma Função de Transferência de 1ª ordem, apresente uma justificativa razoável
para o resultado oscilatório exibido no gráfico. Identifique a constante de tempo elétrica Eτ do motor. (valor: 4,0 pontos)
R(s) (s)10
1 + 0,5sC(s)
10,80,6 1,20,2
tempo (s)
ve
locid
ad
e(r
ad
/s)
Resposta ao degrau unitário
0 0,40
0,951
1,05
1,25
1,4
21ENGENHARIA ELÉTRICAENC 2003
c) Esboce a forma do lugar das raízes do sistema para uma Função de Transferência de malha aberta
(1 0,5 )( ) ( )
(1 0,5 )(1 ) (1 )E E
K s KKC s G ss s s s sτ τ
+= =+ + + , identif icando aproximadamente o(s) ponto(s) do lugar das
raízes que corresponde(m) aos pólos do sistema, para o ganho 1, 56K = usado no ensaio. (valor: 3,0 pontos)
Dados / Informações Técnicas
• Sistema de 1ª ordem: 1 ( )1
AP ssτ
=+
, 5% 3rt τ=
• Sistema de 2ª ordem:
2
2 2 2( )
2n
n n
AP s
s s
ωξω ω
=+ + , 5%
3r
n
tξω
≅
Pólos no plano s:
Relação amortecimento X sobressinal
Amortecimento ξ 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3
% de sobressinal 0,2 1,5 5,0 9,5 16 25 37
n
21 nj
n
)cos(
22ENGENHARIA ELÉTRICA ENC 2003
19 - AUTOMAÇÃO E CONTROLE
Considere o sistema trocador de calor apresentado na Fig. 1.
A temperatura θ do produto é controlada pelo ajuste do fluxo de vapor w, efetuado por uma válvula de controle. A posição dosensor de temperatura introduz um atraso de transporte a no sistema.
a) Um modelo refinado do sistema é dado por
Com base na resposta temporal de G(s) mostrada a seguir, para uma entrada w (t) em degrau de amplitude 10 graus Celsius
aplicado em 0t = , identifique os parâmetros a e b de G(s). (valor: 3,0 pontos)
Fluxo deVapor
Válvula decontrole
Sensor detemperatura
Produto
Fluxo deVaporFigura 1
( ) 1( )( ) 1
assG s e
W s bs−Θ= =
+
Resposta ao degrau de amplitude 10
9
10
7
8
6
5
1
2
3
4
06055504540
tempo (s)
tem
pera
tura
(gra
us)
35302520151050
23ENGENHARIA ELÉTRICAENC 2003
fase
(gra
us)
freqüência (rad/s)
400
250
180
120
50
0
10 10 101 0 1
curva real de fase
aproximação dePadé de 2 ordema
Σ+
-
)(sR )(sW)(sGK
b) Seja o sistema de controle em malha fechada ilustrado a seguir, para um trocador de calor similar ao considerado na Fig. 1,
com atraso 2a = segundos e constante de tempo 10b = segundos.
O diagrama que se segue corresponde à resposta em freqüência de ( )G jω . Foram considerados o diagrama de fase exato e aquele
obtido de uma aproximação de Padé de 2ª ordem para ( )G s . Estime, a partir do diagrama correspondente à aproximação de Padé,
o ganho máximo MAXK que preserva a estabilidade do sistema. (valor: 4,0 pontos)
c) Com base no diagrama, comente a adequação ou não da aproximação para ajustes de ganho baseados em especificaçõesde margem de fase e de ganho do sistema. (valor: 3,0 pontos)
Dados / Informações Técnicas
• Sistema de 1ª ordem: 1 ( )1
AP ssτ
=+ 5% 3rt τ=
0
ma
gn
itu
de
(dB
)
5
10
15
20
25
30
101010101
24ENGENHARIA ELÉTRICA ENC 2003
Entrada
Atuador
BombaTampador
Robô
Saída
Fieldbus
Esteira
CLP
20 - AUTOMAÇÃO E CONTROLE
A figura abaixo ilustra uma linha automatizada de produção, que constitui parte de um sistema de fabricação de refrigerantes.A linha é supervisionada por um CLP (Controlador Lógico Programável) através de uma rede do tipo barramento de campo (Fieldbus).
O método mestre-escravo é empregado para o acesso ao meio de comunicação. Neste, o CLP (mestre) varre ciclicamente 5n =dispositivos (escravos) de sensoriamento e controle da linha. A cada operação de troca de informação mestre-escravo, um quadro“requisição” é enviado pelo CLP ao dispositivo e um quadro “resposta” é enviado pelo dispositivo ao CLP. Suponha que a respostaseja imediata.
A figura a seguir ilustra uma operação mestre-escravo.
Consideram-se os seguintes dados do barramento:
• a estrutura dos quadros é feita com 8 caracteres de dados mais 6 caracteres de controle;
• a codificação de um caractere utiliza 11 bits;
• a taxa de transmissão do barramento (BR) é 500 kbits/s.
Mestre Escravo
Requisição
Resposta
respostaimediata
tem
po
25ENGENHARIA ELÉTRICAENC 2003
a) Calcule CT , o tempo total de ciclo de varredura do barramento pelo CLP. Para garantir um controle preciso e seguro do sistema,
requer-se um tempo máximo de reação do sistema 10MAXT = ms. Com base no valor de CT obtido, informe se este requisito
é atendido pelo sistema. (valor: 3,0 pontos)
b) Considere que, a cada operação de troca de informação mestre-escravo, o mestre (CLP) espera pela resposta do escravo um
tempo SLT . Se este tempo expira, a transmissão é considerada como falha e o quadro requisição é reenviado. Calcule qual
deve ser o tempo de espera SLT para que o tempo de reação do sistema não exceda 10MAXT = ms, supondo o máximo
de uma falha por operação. (valor: 4,0 pontos)
c) Os gráficos abaixo mostram dados da linha automatizada de produção operando em regime, observados durante um períodode funcionamento de 10 horas. Com base nas informações dadas pelos gráficos, estime:
• a produtividade P da linha;
• o tempo médio M para a produção de um item;
• a eficiência E da linha. (valor: 3,0 pontos)
Dados / Informações Técnicas
Produtividade P = itens produzidos por unidade de tempo
Eficiência I
PE
P=
IP é a produtividade em condições de 100% de operacionalidade.
tempo (h)
2 4 53 6 8 9 1071tempo (h)
2 4 53 6 8 9 1071
Itens produzidos
operacional
em pane
100
200
300
400
500
600
Estado da linha
26ENGENHARIA ELÉTRICA ENC 2003
IMPRESSÕES SOBRE A PROVA
As questões abaixo visam a levantar sua opinião sobre aqualidade e a adequação da prova que você acabou de realizare também sobre o seu desempenho na prova.Assinale, nos espaços próprios (parte inferior) do Cartão-Res-posta, as alternativas correspondentes à sua opinião e à razãoque explica o seu desempenho.Agradecemos sua colaboração.
1Qual o ano de conclusão deste seu curso de graduação?(A) 2003.(B) 2002.(C) 2001.(D) 2000.(E) Outro.
2Qual o grau de dificuldade desta prova?(A) Muito fácil.(B) Fácil.(C) Médio.(D) Difícil.(E) Muito difícil.
3Quanto à extensão, como você considera a prova?(A) Muito longa.(B) Longa.(C) Adequada.(D) Curta.(E) Muito curta.
4Para você, como foi o tempo destinado à resolução da prova?(A) Excessivo.(B) Pouco mais que suficiente.(C) Suficiente.(D) Quase suficiente.(E) Insuficiente.
5A que horas você concluiu a prova?(A) Antes das 14h30min.(B) Aproximadamente às 14h30min.(C) Entre 14h30min e 15h30min.(D) Entre 15h30min e 16h30min.(E) Entre 16h30min e 17h.
6As questões da prova apresentam enunciados claros e objetivos?(A) Sim, todas apresentam.(B) Sim, a maioria apresenta.(C) Sim, mas apenas cerca de metade apresenta.(D) Não, poucas apresentam.(E) Não, nenhuma apresenta.
7Como você considera as informações fornecidas em cadaquestão para a sua resolução?(A) Sempre excessivas.(B) Sempre suficientes.(C) Suficientes na maioria das vezes.(D) Suficientes somente em alguns casos.(E) Sempre insuficientes.
8Com que tipo de problema você se deparou mais freqüentementeao responder a esta prova?(A) Desconhecimento do conteúdo.(B) Forma de abordagem do conteúdo diferente daquela a que
estou habituado.(C) Falta de motivação para fazer a prova.(D) Espaço insuficiente para responder às questões.(E) Não tive qualquer tipo de dificuldade para responder à prova.
Como você explicaria o seu desempenho em cada questão da parte comum da prova?
Números das questões da prova.
O conteúdo ...(A) não foi ensinado; nunca o estudei.(B) não foi ensinado; mas o estudei por conta própria.(C) foi ensinado de forma inadequada ou superficial.(D) foi ensinado há muito tempo e não me lembro mais.(E) foi ensinado com profundidade adequada e suficiente.
Q1 Q2 Q3 Q4 Q5
Números dos campos correspondentes no CARTÃO-RESPOSTA. 9 10 11 12 13
27ENGENHARIA ELÉTRICAENC 2003