351814_Lista de exercícios 02_2o_2010

Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais – PUC Minas – Contagem Curso de Engenharia Mecânica

Disciplina: Instrumentação Segunda lista de exercícios

Luiz Carlos Figueiredo

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1-) O tubo de Pitot simples mede a: a) Pressão estática b) Pressão dinâmica c) Pressão total d) Diferença entre a pressão estática e a dinâmica e) Velocidade no ponto de estagnação

2-) Que volume de água em m3 escoará em 1 hora por um tubo de comprimento 200 m e diâmetro interno 12 cm, se a diferença de pressão medida nas duas extremidades é de 220 mmHg (milímetros de mercúrio)? Adote a viscosidade da água a 25oC como 0.894x10-

3N.s/m2. a) 175 b) 173,7 c) 8,35 d) 180 e) Nenhuma das respostas anteriores

Lei de Poseuille – o fluxo de um fluído através de um tubo cilíndrico de comprimento L e raio de seção transversal r é dado por:

fluidodoidadevisL

pprQ

cos8

)( 214

⇒

−=

µµ

π

3-) Um tubo de Venturi é utilizado para medir a vazão em uma tubulação cujo diâmetro interno é o mesmo de entrada do Venturi (12,5 cm) cuja garganta tem diâmetro 6,25 cm. Sabendo que o Número de Reynolds para esse escoamento é R= 3x105 e a altura manométrica é h=28cm, qual será esse valor da vazão em m3/h?

a) 0,00718 b) 25,88 c) 3,50 d) 0,073 e) Nenhuma das respostas anteriores

A equação para obtenção da vazão a partir desse tipo de medidor Venturi é uma função da seção transversal da garganta A2, altura manométrica h, relação entre os diâmetros D2/D1 (D2 menor diâmetro e D1 o maior), sendo corrigida ainda por um coeficiente de vazão C obtido de um gráfico (considerar C = 0,968 para o número de Reynolds R= 3x105 e g=9,81m:s2):

4

1

2

2

1

2

−

=

DD

ghCAQ

4-) Um bocal é utilizado para medir a vazão de água em uma tubulação de diâmetro interno 135mm. Sabendo que o diâmetro do furo do bocal é 100mm, o Número de Reynolds é 5x106 e




2

que ele está equipado com um manômetro de mercúrio cuja leitura é 25 cm, qual será o valor do fluxo Q para esse escoamento, em m3/s?

a) 0,007 b) 0,068 c) 0,061 d) 0,860 e) Nenhuma das respostas anteriores

−= 12 02 ρ

ρghCAQ

onde: ρ0 = massa específica do fluido manométrico em kg/m3; ρ = massa específica do fluido circulante na tubulação em kg/m3 ρ0 > ρ; h = altura manométrica em m; g = aceleração da gravidade 9,81 m / s2 A2 = área do furo do bocal em m2.

5-) Com relação aos rotâmetros pode-se afirmar que:

a) Podem ser utilizados em uma ampla gama de vazões com qualquer tipo de fluido. b) O aumento da seção transversal do rotâmetro é inversamente proporcional à elevação

do fluxo. c) O peso do flutuador não tem relação nenhuma com o processo de medição. d) Há uma proporcionalidade direta entre o aumento do fluxo do fluído que por ele

circula e o aumento da sua seção transversal. e) Nenhuma das respostas anteriores

6-) Dois vertedores retangulares, sendo um deles com contração e outro sem, têm medidas (B=1m) e (H=30cm). Suas vazões serão respectivamente:

a) 0,283 e 0,302 b) 0,518 e 0,551 c) 0,265 e 0,302 d) 0,302 e 0,356 e) Nenhuma das respostas anteriores

Vertedor retangular sem contração

3838,1 HQ = Quando o vertedor não ocupa toda a largura do canal, aparecem contrações laterais. Uma correção empírica é conseguida subtraindo-se 0,1H de L para cada contração.

( ) 32,0838,1 HHBQ −= sendo: Q = vazão em m3/s; B = largura do canal em metros (m); H = altura da lâmina mínima d’água sobre a crista do vertedor em metros (m)




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7-) O princípio de medição de pressão utilizando tubos de Bourdon está baseado no fenômeno de:

a) Dilatação dos fluídos que por ele passam b) Dilatação do material pelo qual o Bourdon é composto c) Deformação do Bourdon em função da pressão interna. d) Relação de transmissão entre o setor dentado e o ponteiro. e) Nenhuma das respostas anteriores.

8-) A escala de um termômetro de um equipamento mede a faixa de –40 a 176oF. Para converter os valores deste termômetro para ºC, precisa-se construir uma escala alternativa, abrangendo a mesma faixa de medição. Os valores inicial e final desta escala são, respectivamente, iguais a:

a) –72 e 76 b) –40 e 80 c) –32 e 88 d) –8 e 136 e) 0 e 160

9-) Para um sistema de controle contínuo da temperatura de um tanque, utiliza-se um sensor que fornece uma diferença de potencial elétrico relacionada à temperatura. Este tipo de sensor é o:

a) pirômetro b) termógrafo c) termômetro analógico d) termopar e) termostato.

10-) O que é e para que serve os cabos de compensação utilizados em termopares. 11-) Em qual situação é mais conveniente usar pirômetro em vez de outros termômetros. 12-) Descreva três esquemas básicos de instrumentos para medição de força. 13-) Como podemos amenizar o efeito do sinal pulsante nas medidas com manômetro? 14-) Numa ponte de Wheatstone, R1 = 3000 Ω, R4 = 4000 Ω, R2 = 6000 Ω, e R3 = 8000 Ω quando ela está balanceada. Determine a tensão na saída da ponte se ∆ R1 = 30, ∆ R2 = -20, ∆ R3 = 20, e ∆ R4 = -50 Ω e a tensão de alimentação da ponte for de 50 V. 15-) Para um processo com temperatura que varia de 40ºC ~ 150ºC, quais sensores poderiam ser utilizados? 16-) Qual a influência da junta de referência nas medições utilizando termopares ? 17-) Cite 3 medidores de vazão para cada tipo abaixo:




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a- vazão volumétrica b- perda de carga constante

18-) Cite 3 medidores de vazão que poderiam ser utilizados nas seguintes condições:

- Fluido: água - Temp: 45ºC - Sem sólidos em suspensão - Vazão : 0~700 l/h - Pressão: 2kgf/cm2

19-) Para medição de vazão sem perda de carga (queda de pressão), quais poderiam ser os medidores utilizados? 20-) Podemos utilizar medidores de vazão por ultra-som para medir vazões de líquidos totalmente limpos? Por que? 21-) Cite vantagens e desvantagens entre os medidores de vazão por ultra-som e por eletromagnetismo. 22-) Qual o tipo de medidor de vazão pode ser utilizado para medir fluidos com alto grau de sólidos em suspensão? 23-) Quais tipos de medidores de nível poderiam ser instalados em um reservatório aberto, armazenando os produtos abaixo?

a- Água pura b- Óleo mineral (de alta viscosidade) c- Areia

24-) Quais tipos de medidores de nível poderiam ser utilizados em reservatórios para sólidos (Cal, minério, areia, grãos...) ? 25-) Os tipos de analisadores específicos e exclusivos para a medição de oxigênio são:

a) Células de óxido de zircônio e efeito paramagnético. b) Efeito paramagnético e condutividade térmica. c) Condutividade térmica e cromatografia. d) Cromatografia e espectrometria de massa. e) Espectrometria de massa e células de óxido de zircônio.

26-) Os gases utilizados como gás de arraste nos cromatógrafos são:

a) Hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e argônio. b) Oxigênio, nitrogênio, argônio e hélio. c) Nitrogênio, argônio, hélio e hidrogênio. d) Argônio, hélio, hidrogênio e oxigênio. e) Hélio, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio.

27-) Denomina-se válvula de controle as que têm como característica o acionamento:




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a) Automático, com regulagem de posição de abertura. b) Automático, com posição aberta ou fechada. c) Manual, com regulagem de posição de abertura. d) Manual, com posição aberta ou fechada. e) Temporizado, com posição aberta ou fechada.

28-) Indicar se as alternativas abaixo são falsas ou verdadeiras:

a) Inversores são tipos de atuadores pneumáticos; b) Existem motores hidráulicos. c) Cilindros podem ser classificados como atuadores pneumáticos ou hidráulicos

dependendo da fonte de energia. d) Para controlar motores de corrente contínua é necessário o emprego de retificadores

controlados. e) Válvulas podem ser classificadas como atuadores pneumáticos, hidráulicos ou

elétricos dependendo da fonte de energia. f) Válvulas de controle do tipo globo são compostas por: corpo, castelo, atuador e

internos. g) A válvula do tipo borboleta se caracteriza por apresentar uma esfera como meio de

controle de fluxo. h) A válvula agulha é similar à válvula globo. Apenas o obturador é substituído por uma

agulha. i) Os atuadores são responsáveis pela medição das principais grandezas de um processo

industrial. j) Motores de corrente alternada não podem ser controlados.

29-) Faça um quadro com as principais vantagens e desvantagens dos atuadores pneumáticos, hidráulicos e elétricos 30-) A relação sinal/ruído é utilizada como parâmetro de avaliação de instrumentos, equipamentos eletrônicos, cabos, dentre outros. Ela é calculada em decibéis (dB) e é dada pela fórmula:

=

ruído

sinal

EE

LogSNR 1020

“E “ deve ser a tensão contínua do sinal ou seu valor RMS para ondas senoidais. Quanto maior a relação, melhor é o equipamento. A partir destas informações, determine qual o nível máximo de ruído para um sistema cuja saída varia de 0 a 10 V para que se tenha uma relação sinal/ruído de 60dB. 31-) Em um determinado meio de transmissão, existe uma relação sinal-ruído (S/N) de 20 dB. Qual é a amplitude da tensão de ruído se desejamos transmitir um sinal variando de 0 a 5 V? Considerando que este meio de transmissão seja um cabo elétrico, cite duas providências que podem ser tomadas para melhorar a relação sinal-ruído.




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32-) O tipo de protocolo de rede industrial que superpõe o sinal eletrônico de 4 a 20 mA com impulsos digitais que transmitem sinais de diagnóstico e calibração é o:

a) Ethernet. b) Profibus. c) Modbus. d) Hart e) Foudation Fieldbus.

33-) Existem vários tipos de sinais de transmissão: pneumáticos, elétricos, hidráulicos e eletrônicos. Os transmissores pneumáticos geram um sinal variável, linear, de 3 a 15psi (libras força por polegada ao quadrado) para uma faixa de 0 a 100% da variável. Os transmissores eletrônicos também geram um sinal variável, linear, porém elétrico, sendo mais utilizados os de 4 a 20 mA (mili ampére) e o de 1 a 5 V (volts) para uma faixa de 0 a 100% da variável. Nesta perspectiva, assinale a alternativa que expressa o conceito de “zero vivo” utilizado nos transmissores.

a) Todos os sinais iniciam a escala de transmissão representando o valor de 0% da variável medida.

b) Todos os sinais transmitidos terão uma representação a partir de 0% da variável medida que, em caso de permanência contínua da variável neste valor, irá causar um sinal de alarme de zero.

c) Mesmo para o valor de 0% da variável medida, o transmissor estará emitindo ou não um sinal variável.

d) O valor de zero unidades de transmissão (psi, mA ou V) não é utilizado, pois o mesmo pode ser adulterado por um ruído no canal de transmissão.

e) Em caso de acidentes nas linhas de saída dos transmissores (rompimento de tubos ou cabos), o sinal recebido pelo sistema de controle será igual a zero, gerando um sinal de alarme.

34-) A opção pela implementação de sistemas de controle baseados em redes requer um estudo para determinar que tipo de rede apresenta as maiores vantagens de implementação ao usuário final, o que requer a análise dos dois protocolos distintos: •HART ( Highway Adress Remote Transducer), que consiste num sistema a dois fios e arquitetura estrela e é baseado no sistema mestre/escravo, permitindo a existência de dois mestres na rede, simultaneamente; _ FIELDBUS (ISA SP-50), que é um sistema a dois fios com arquitetura em barramento, que pode ter controle distribuído (cada instrumento tem a capacidade de processar um sinal recebido e enviar informações a outros instrumentos). Dentre as alternativas abaixo, indique aquela que expressa, corretamente, uma comparação entre estes protocolos.

a) A diferença na quantidade de cabos e caixas de passagem entre os dois protocolos é inexistente, já que os dois utilizam dois fios.

b) Os dois podem utilizar sistemas de comunicação via fibra ótica, o que implica inexistência de diferença significativa na quantidade de cabos e caixas de passagem entre os dois protocolos.




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c) O Protocolo HART permite uma grande economia em sua implantação, pela redução na quantidade de cabos e caixas de passagem, já que a utilização do sistema mestre/escravo permite uma simplificação nas ligações.

d) O Protocolo FIELDBUS poderia permitir uma grande economia em sua implantação, pela redução na quantidade de cabos e caixas de passagem em função da utilização da arquitetura em barramento, mas tal fato não ocorre dado a complexidade da implantação do controle distribuído.

e) O Protocolo FIELDBUS permite uma grande economia em sua implantação, devido à redução na quantidade de cabos e caixas de passagem pela utilização da arquitetura em barramento.

35-) Faça um diagrama de interligação dos instrumentos/dispositivos de uma malha de controle para medição e controle de vazão contendo: placa de orifício, transmissor diferencial de pressão, extrator de raiz quadrada, controlador, registrador, integrador e válvula de controle. Utilize a norma ABNT e instrumentos/sinais eletrônicos. 36-) Quanto ao sinal de transmissão, quais as vantagens e desvantagens:

• do sinal pneumático sobre o eletrônico analógico? • do sinal eletrônico analógico sobre o eletrônico Digital? • quais as vantagens e desvantagens do sinal via rádio?

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