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Uergs – Unidade Bento Gonçalves Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia Instrumentação & Controle Monichara Marinello 1ª Lista de Exercícios
1) O que é um Fluxograma do Processo? Qual a diferença para o Fluxograma de Detalhamento? Os fluxogramas são desenhos esquemáticos, não projetivos, que mostram toda a rede de tubulações, equipamentos e acessórios de uma instalação industrial. Os fluxogramas têm a finalidade de mostrar o funcionamento de um determinado sistema, desconsiderando-se detalhes de fabricação, construção ou montagem. Podem ser de dois tipos: _Fluxogramas de Processo:_* indicam principalmente como se dará o escoamento dos fluidos na instalação, onde serão processados, bombeados, armazenados, etc., devendo conter os principais equipamentos e características básicas. _Fluxogramas Mecânicos ou de Detalhamento:_* além dos elementos já existentes no fluxograma de processo, devem ser também detalhados toda a malha de controle e também equipamentos, máquinas, tubulações e acessórios de utilidades, secundários e auxiliares.
2) A norma ISA (Instrumentation Society of America) estabelece as siglas dos instrumentos e das válvulas de controle. Apresente as siglas convencionais dos tipos mais comuns para:
a ) controlador de nível: LC b ) medidor de fluxo : FM c ) controlador e registrador de pressão: PRC d ) indicador de temperatura : TI
3) Como podem ser classificados os instrumentos quanto a sua função? Quanto à função, podemos classificar os instrumentos como: _Indicadores:_* instrumentos que sentem a variável do processo e apresentam seu valor instantâneo; _Registradores:_* instrumentos que sentem uma ou mais variáveis e armazenam seus valores ao longo do tempo; _Transmissores:_* instrumentos que sentem as variáveis de processo através de elementos primários e enviam sinais padronizados para outros instrumentos, como controladores e registradores; Computadores Analógicos : instrumentos que executam funções de cálculo com as variáveis, como extratores de raiz quadrada, linearizadores; _Elementos finais de controle:_* instrumentos que manipulam variáveis, como válvulas de controle, variadores de velocidade; _Controladores_* : instrumentos que, baseados em um valor desejado, enviam sinais a elementos finais de controle para fazer com que a variável se iguale ou se aproxime dele; _Comparadores:_* grupo de instrumentos que emitem sinais digitais quando suas variáveis medidas estiverem acima ou abaixo de valores pré-determinados, como os pressostatos, chaves de níveis, termostatos.
4) Relacione os medidores de temperatura, indicando o seu princípio de funcionamento.
Podemos dividir os medidores de temperatura em dois grandes grupos:
1º grupo (contato direto) −Termômetro à dilatação −Termômetro à pressão −Termômetro a par termoelétrico −Termômetro à resistência elétrica
_Termômetro de Resistência_* : O princípio de medição de temperatura por meio de termômetros de resistência repousa essencialmente sobre a medição de variação da resistência elétrica de um fio metálico em função da temperatura. A exatidão dos termômetros de resistência, quando corretamente instalados, é grande, pode atingir ±0,01ºC. Normalmente as sondas utilizadas industrialmente apresentam uma precisão de ± 0,5ºC. No Brasil usa-se normalmente a norma DIN-IEC 751/85 que estabelece para termômetros de resistência de platina o valor de 100,00Ω a 0ºC, e de 138,50Ω a 100ºC. O tipo de metal utilizado na confecção de bulbos sensores de temperatura deve possuir características apropriadas, como: -Maior coeficiente de variação de resistência com a temperatura, quanto maior o coeficiente maior será a variação da resistência para uma mesma variação de temperatura, tornando mais fácil e precisa a sua medição.
- Maior resistividade, isto é, para pequenas dimensões de fio uma alta resistência inicial. -Estabilidade do metal para as variações de temperatura e condições do meio (resistência à corrosão, baixa histerese, etc.). -Linearidade entre a variação de resistência e a temperatura, produzindo escalas de leitura de maior precisão e com maior comodidade de leitura. _Termopares_* : são comumente usados para transmitir as informações do processo até os sistemas de controle ou supervisão. Eles são constituídos por dois condutores de natureza termoelétrica diferente que são unidos na sua extremidade, onde está o ponto de sensoramento. A extremidade unida dos condutores é a junta quente, e a outra extremidade dos condutores ligada ao instrumento receptor é a junta fria ou de referência. Quando a junção dos dois metais entra em contato com o calor é produzida uma diferença de potencial que proporciona uma diferença de temperatura entre as duas juntas. Um instrumento que recebe o sinal de um termopar deve ter próximo aos seus bornes um sensor local de temperatura ambiente, e ao se medir a tensão nos terminais do termopar deve ser somada a tensão correspondente à temperatura ambiente daquele termopar.
* Termo-Resistências: Este tipo de sensor de temperatura é constituído de um bulbo de resistência de platina cujo valor de resistência varia em função da temperatura. Apresenta as vantagens de medição exata, linearidade e aplicação em temperaturas baixas.
5) Relacione os medidores de pressão, indicando o seu princípio de funcionamento.
Como medidores de pressão temos:
_Manômetros de coluna líquida:_* São utilizados para medidas de pressões baixas. Manômetro de coluna em U (Tubo “U”): consiste num tubo transparente dobrado no formato de “U” e cheio com o líquido de referência (água ou mercúrio, normalmente). O fluido sob pressão é conectado em uma das extremidades do “U”; se a outra extremidade estiver aberta a pressão será manométrica. Se quisermos medir a pressão diferencial devemos conectar a segunda extremidade na pressão de referência. A leitura da pressão é feita medindo o comprimento da diferença entre as duas superfícies. Qualquer líquido pode ser usado calculando com a equação P=ρgh. Coluna vertical com poço (Tubo reto): um reservatório contendo o líquido tem volume muito maior do que o volume que a coluna pode conter. A pressão é aplicada no reservatório e o líquido é empurrado no sentido de subir na coluna. Então mede-se o comprimento da coluna para obter a pressão. Tubo inclinado: mesmo princípio de funcionamento que o tubo reto, onde o tubo é inclinado e o líquido percorre uma distância maior dentro dele, fazendo com que a escala se torne expandida e a resolução na graduação gravada na régua seja melhor.
_Manômetro tipo Elástico:_* Os medidores de pressão tipo elástico são submetidos a valores de pressão sempre abaixo do limite de elasticidade, pois assim cessada a força a ele submetida o medidor retorna a sua posição inicial sem perder suas características. Manômetro de Bourdon: É o mais utilizado em indústrias. Consiste num tubo elástico na forma de “C” que a pressão, quando aplicada, tende a retificar. Através de
6) Relacione os medidores de vazão, indicando o seu princípio de funcionamento.
Os medidores de vazão podem ser divididos em dois grandes grupos funcionais:
Medidores de quantidade: No medidor de quantidade, o fluido passa em quantidades sucessivas, completamente isoladas, em peso ou em volumes, enchendo e esvaziando alternadamente câmaras de capacidade fixa e conhecida. O medidor de quantidade é, naturalmente, um totalizador de vazão.
Medidores de vazão instantânea: No medidor de vazão instantânea, o fluido passa em um jato contínuo. O movimento deste fluido através do elemento primário é utilizado diretamente ou indiretamente para atuar o elemento secundário. A vazão instantânea (relação da quantidade de vazão por unidade de tempo) é derivada das interações do jato e o elemento primário. Abaixo, alguns tipos de medidores:
_Placas de Orifício:_* maneira mais simples e econômica de se medir a vazão. Elas são simples, robustas, ausentes de peças móveis e é normalizada (não precisa calibrar ou testar). Consiste numa placa circular na forma de uma raquete com um orifício de restrição que pode estar centrado ou excêntrico, ou seja, é um segmento de círculo, e não um furo circular completo. Ao passar pelo orifício menor que o diâmetro da tubulação, o fluido aumenta a sua velocidade produzindo uma queda de pressão proporcional ao quadrado da vazão. A pressão estática ao longo da tubulação produz uma elevação na proximidade da placa e uma queda brusca de pressão após a placa de orifício. A pressão só retornará ao seu valor final depois de uma distância após a placa. _Tubo de Venturi:_* Consiste numa restrição introduzida na tubulação de forma suave. A tomada de pressão é composta de vários pontos (mínimo 4) ao longo da circunferência do cilindro, sendo todos eles interligados a um anel de tubo. Em relação à placa de orifício apresenta as seguintes vantagens: utilização em líquidos com sólidos em suspensão, pequena perda de carga, exige menores trechos retos; e a desvantagem: alto custo.
* Cone em V : É um medidor do tipo pressão diferencial que consiste na introdução de um obstáculo na forma de um cone. O desvio do fluido sobre o contorno do cone produz uma depressão no centro da base onde se encontra a tomada de baixa pressão. As vantagens são: necessita de pouco trecho reto, utilizado para fluidos com sólidos suspensos, velocidade do fluido provoca uma limpeza impedindo acúmulo de materiais. A desvantagem é que apresenta alto custo e não existem normas e documentos oficiais para seu uso. _Medidores Magnéticos:_* Usados para fluidos abrasivos, sujos e com sólidos em suspensão. Consiste em uma tubulação onde é aplicado um campo magnético no sentido transversal, perpendicular ao sentido do fluxo, e dois eletrodos perpendicularmente ao campo magnético e sentido do fluxo. O fluido escoa perpendicularmente ao campo magnético, sendo que uma porção se comporta como um condutor que, cortando o campo magnético recebe uma tensão induzida. _Medidores Vórtex:_* Baseiam-se na formação de vórtices quando o fluido encontra um obstáculo. Apresentam um sensor piezoelétrico ou magnético e detecta vibrações na faixa audível. A frequência das vibrações produzidas pela passagem dos vórtices pelo sensor é proporcional à velocidade do fluido. _Medidores de Turbina:_* Consiste numa hélice inserida na direção do fluxo, que gira em velocidade angular proporcional à velocidade do fluido e, portanto à vazão. Um sensor de proximidade ou magnético é localizado na parte externa e emite um pulso cada vez que a pá da turbina se move sob seu alcance. _Medidor Coriolis:_* Baseia-se no fenômeno descrito por Coriolis. Um tubo perfaz uma curva na forma de um círculo. O tubo é colocado para vibrar através dos magnetos. Essa vibração é monitorada por sensores de posição ou proximidade em posições opostas. Quando o fluxo é estabelecido, a inércia da massa em movimento provoca uma defasagem entre os sinais detectados pelos sensores. O ângulo de fase desses sinais é proporcional à vazão em massa, ou seja, o tubo que vibra de maneira regular, passa a se torcer em função da massa que se movimenta em seu interior. ***** Medidor de Rodas Ovais: É um medidor volumétrico utilizado para vazão de líquidos viscosos como óleos pesados, que não depende da viscosidade e densidade do fluido.
8) O que são pressostatos e como eles funcionam? Pressostatos são chaves acionadas por pressão cujo objetivo é fornecer um contato elétrico ao sistema de controle que será usado como alarme ou decisão pelo intertravamento e segurança. O elemento sensor transforma a pressão em um movimento que aciona um contato elétrico. O elemento sensor pode ser um bourdon, como os manômetros, para altas pressões, ou diagramas ou foles para baixas pressões.
