Exercícios de Instrumentação Industrial

7/26/2019 Exercícios de Instrumentação Industrial

http://slidepdf.com/reader/full/exercicios-de-instrumentacao-industrial 1/38

Exercícios de Instrumentação Industrial

EST-UEA 2014

Exercício 1: Determine a leitura do medidor multiescala da figura abaixo:

b)- Defina a função do instrumento para essa seleção da escala. Classifique segundo a

indicação do resultado da medição.

c)- Calcular o Alcance do instrumento nessa escala

d)- Explique a como poderia calcular o erro dessa medição se a classe de precisão é de

0,5%








1,5%








0,7%



Exercício 4. Nas figuras abaixo mostram o indicador de um osciloscópio no qual a grade é

dividida em quadrados de 1 cm. Determine a amplitude e o período de cada forma de

onda.



Exercício 5: A figura a seguir mostra o indicador de um osciloscópio no qual a grade é

dividida em quadrados de 1 cm. Para o pulso de onda quadrada exibido, determine:

a) O período de tempo;

b) O tempo alto;

c) O tempo baixo;

d) O tempo de subida;

e) O tempo de queda;

f) A amplitude do pulso

Exercício 6: Explique o propósito de cada um dos seguintes recursos/ajustes fornecidos em

um osciloscópio de bancada:

a) Seletor de base de tempo;

b) Origem do disparo;

c) Inclinação do disparo;

d) Seletor CA-CC-GND;

e) Iluminação da escala;

f) Astigmatismo;

g) Calibrador.

Exercício 7: Explique, com ajuda de um rascunho, como você usaria um osciloscópio para

medir o tempo de subida e o período de um pulso retangular



Exercício 8: Porquê é importante que um instrumento de medição esteja calibrado antes

de ser utilizado e que o padrão seja de grandezas no SI?

Exercício 9: Em termos gerais, quais são os tipos de erros que afetam uma medição?

Exercício 10: Porquê se diz que o erro de uma medição não pode ser determinadoexatamente.

Exercício 11: Qual é o significado do parâmetro “incerteza” em uma medição. Dê exemplos

práticos.

Exercício 12: Utilizando as suas próprias palavras dê o significado dos seguintes termos:

Precisão, Padrão, Calibração e qual é sua relação prática.

Exercício 13: A calibração de instrumentos de medição é uma atividade única ou

periódica?. Explique.

Exercício 14: Determinar a variância de uma grandeza aleatória sabendo-se que a sua lei

de distribuição é:

X 0.1 2 10 20

P 0,4 0,2 0,15 0,25

Lembre-se que a variância é dada por , sendo que E(x) é o valor esperado

(média) de X.

Exercício 15: Calcule a sensibilidade de um medidor de pressão que funciona pelo

princípio da indicação (ou deflexão) e que apresenta indicação 12,00V quando submetido à

pressão de 6,000 Mpa

Exercício 16: Qual a relação entre: (a) erro sistemático e tendência; (b) erro aleatório e

repetitividade

Exercício 17: Se dissermos, por exemplo, que um instrumento cuja faixa de medição é de

200 ºC até 1200 ºC, tem uma precisão de ± 0,25 %, Calcule seu erro estático máximo em

cada ponto da escala.

Exercício 18: A tabela mostra o valor verdadeiro e o valor real indicado por um medidor de

pressão, bem como a curva de calibração

. Pressão verdadeira

[psig]

Pressão indicada pelo medidor

Acréscimos Decréscimos0,000 - 1,12 - 0,69

1,000 0,21 0,42

2,000 1,18 1,65

3,000 2,09 2,48

4,000 3,33 3,62

5,000 4,50 4,71



6,000 5,26 5,87

7,000 6,59 6,89

8,000 7,73 7,92

9,000 8,68 9,10

10,000 9,80 10,20

Determinar a equação da reta que define a característica estática de calibração do

instrumento.

Pi = 1,05.Pv – 0,64

Exercício 19: Avalie a precisão do instrumento de medida calibrado através da Figura do

exercício 18

Exercício 20: Calcule a sensitividade do exemplo do exercício 18.

Exercício 21: Num ensaio de reprodutividade, o medidor de pressão apresentou os seguintes

valores:

Pressão de ensaio: 10,000 ± 0,001 kgf/cm2

Aceleração: 0

Nível de Vibração: 0

Temperatura ambiente: 25 ºC

Nº da Medida Leitura da escala Nº da Medida Leitura da Escala



kgf/cm2 Kgf/cm2

1 10,02 11 10,05

2 10,20 12 10,17

3 10,26 13 10,42

4 10,20 14 10,215 10,22 15 10,23

6 10,13 16 10,11

7 9,97 17 9,98

8 10,12 18 10,10

9 10,09 19 10,04

10 9,90 20 9,81

a)- Como você pode avaliar o desvio desse instrumento?

b)- Usando a média e o desvio padrão dos valores medidos, encontre a forma mais corretade apresentar os dados de uma medição.

c)- Liste as possíveis causas dos desvios desse instrumento.

Considere nas seguintes equações:Valor médio das medidas e desvio padrão da amostra:

N

X

X

N

1i

i

1N

)XX(N

1i

2i

X

Exercício 22: Um voltímetro apresenta um mostrador com escala de 0 a 10, e um

botão/chave com três posições : x1, x10, e x100. Isto faz com que o aparelho, com o botão

na posição "x1", indique tensões elétricas entre 0 e 10 volts; na posição "x10", indique

valores entre 0 e 100 volts; e na posição "x100", valores entre 0 e 1000 volts. Responda:

a)- Qual é o span do instrumento?

b)- Se ele tem uma precisão de 0,4 %, qual o erro estático durante as medições?

c)- Calcule a sensitividade para o voltímetro



Exercício 23: Identifique cada um dos instrumentos representados em simbologia ISA no

desenho abaixo:

Exercício 24:

No diagrama de blocos seguinte de um sistema de medição industrial, explique:

a)-Variável medida. Coloque um exemplo real.

b)- Função de cada um dos blocos

c)- Significado das variáveis de entrada/saída de cada bloco. Sega a sequencia

com um valor de exemplo em cada uma.



Exercício25: Num instrumento de medição de nível de líquido num tanque

aberto está se inferindo que o volumem no tanque que pode se obter da

medição com esse instrumento tem um valor de 100 a 500m3, considerando

que a área de sessão transversal do tanque é constante e de 100m2, qual é a

faixa de medida do instrumento de nível (range)? Qual é o alcance (spam) di

instrumento de nível?. Si é colocado um transductor na saída do sensor de

nível para uma faixa estandardizada de 0 a 20psi e uma característica linear,

represente gráfica e matematicamente a curva da característica estática do

instrumento.

Exercicio 26

Conhecendo que a EXATIDÃO pode-se definir como a aptidão de um

instrumento de medição para dar respostas próximas a um valor verdadeiro, epode ser descrita de três maneiras:Percentual do Fundo de Escala (% do FE)Percentual do Span (% do span)Percentual do Valor Lido (% do VL)

Calcule o intervalo provável do valor real da medição com um sensor de

temperatura de range de 50 a 250º C e valor medido 100º C para as seguintes

especificações:

a)- Exatidão 1% do fundo de escala

b)- Exatidão 1% do Span

c)- Exatidão 1% do valor lido (instantáneo)

Exercício 27:

Conhecendo que a Rangeabilidade (largura da faixa segundo a exatidão) de

um instrumento de medição é a relação entre o valor máximo e o valor mínimo

do instrumento, lidos com a mesma exatidão na escala desse instrumento,calcule a faixa do span onde será respeitada a exatidão se é um senosr de

vazão cuja escala é 0 a 300gpm (galões por minuto), com exatidão de 1% do

span e rangeabilidade de 10:1.

Exercício 28:

Conhecendo que a Zona Morta de um instrumento é a máxima variação que a

variável pode ter sem que provoque alteração na indicação ou sinal de saída



de um instrumento, calcule a máxima variação possível de um sensor de

temperatura com range de 0 a 200º C e uma zona morta de 0,01%.

Exercício 29:

Conhecendo que a Sensibilidade de um instrumento é a mínima variação que

a variável pode ter, provocando alteração na indicação ou sinal de saída de um

instrumento, calcule a mínima variação possível de um sensor de temperatura

com range de 0 a 500º C e uma sensibilidade de 0,05%.

Exercício 30:

Conhecendo que a Histerese de um instrumento é o erro máximo apresentadopor um instrumento para um mesmo valor em qualquer ponto da faixa de

trabalho, quando a variável percorre toda a escala nos sentidos ascendente e

descendente expressado em percentagem do span do instrumento, calcule o

erro máximo apresentado por um instrumento para um mesmo valor em

qualquer ponto da faixa de trabalho com range de -50º a 100º C sendo sua

histerese de + 0,3%.

Exercício 31:

No diagrama de escalas de pressão da seguinte figura identifique os nomes

das três pressões indicadas pelas setas e explique suas diferencias

1- Absoluta; 2- relativa; 3- vacuo



Exercício 32:

Na seguinte figura estão representados dois tipos de sensores de pressão,

identifique estes sensores e explique seu principio de funcionamento e área deutilização.

São instrumentos de medição local ou remota? No caso da resposta negativa

explique como pode se transformar no outro.

Exercício 33:

Na seguinte figura está representado um elemento sensor:

Defina qual é a variável tecnológica medida e seu principio de funcionamento.

Calcule o valor medido se a altura é de 15,5 cm e um diâmetro do tubo de vidro

de 0,7mm e uma densidade o líquido de

Exercício 34:





Calcule o valor medido se a altura é de 5,5 cm e um diâmetro do tubo de vidro

de 0,7mm e uma densidade o líquido de para um ângulo de inclinação de30º

Exercício 35:



Explique como se poderia adaptar para a medição de outras grandezas físicas

dos processos industriais. Que sistema de medição precisa para transformar o

sinal obtido num sinal elétrico padronizado de 4 a 20ma em sistemas com

fortes interferências a modo comum em altas frequências.

Exercício 36:

Na seguinte figura está representado o esquema simplificado de um elemento

sensor de pressão industrial:



a)- Defina qual é seu principio de funcionamento. Por que precisa de um

amplificador na saída e qual seria seu componente principal, justifique sua

resposta.

b)- Explique como se poderia adaptar para realizar a medição de nível num

tanque de armazenamento de graus de cevada para fabricação de cerveja etransmitir sua saída até a tela de um computador na sala de controle geral da

indústria.

Exercício 37:

Explique qual é a classificação dos medidores de nível em seus três tipos

básicos e coloque um exemplo com seu principio de funcionamento em cada

um deles, seu uso industrial mais comum de acordo ao tipo de fluido do

processo industrial.

Quais são os três fatores industriais que definem a importância do uso dosmedidores de nível nos processos industriais

Solução

.

Exercício 38:

Na seguinte figura tem detalhes de construção e instalação de um sensor

industrial



De acordo com a figura responda as seguintes perguntas:

a)- Qual é a grandeza física do processo industrial medida e sua importância

tecnológica.

b)- Classifique o medidor como local ou remoto e explique como poderia

transformar no tipo da resposta negativa.

c)- Porque precisa de essas características construtivas representadas na

figura e porque se presentam dos tipos de visores e seu uso industrial.

d)- Qual é a função das duas válvulas representadas na direita.

f)- Represento o instrumento em código ISA

Exercício 39:

Na seguinte figura está representada a medição de uma variável num processo

industrial



a)- Qual é a variável industrial medida e a variável secundaria utilizada na

medição.

b)- Qual é o principio de funcionamento do transmissor e que tipo de sinal de

saída pode se obter dele.

c)- Por que precisa de duas tomadas de sinal para a medição, e porque estão

colocadas nessas posições no tanque.

d)- Que representam as dimensões representadas como “altura máxima” e “d”

para a exatidão da medição.

e)- Se se precisara de adicionar alarmes para os limites máximo e mínimo, quese requer adicionar ao sistema. Represento o sistema de medição e alarme em

código ISA

Exercício 40:


industrial




medição.

b)- Qual é o principio de funcionamento do transmissor e que tipo de sinal de



colocadas nessas posições no tanque.

d)- Que representam as dimensões representadas como “altura máxima” e “d”

para a exatidão da medição.

e)- Qual é a função das duas caixas retangulares colocadas nas tomadas de

sinal do transmissor no tanque.

f)- Quais outros elementos se precisaria adicionar ao sistema para ter um

controle remoto desde uma sala de controle automático. Represento o sistema

de controle remoto em código ISA.

Exercício 41:


industrial


medição.



b)- Qual é o principio de funcionamento do instrumento e que tipo de sinal de



colocadas nessas posições no tanque com uma válvula cada uma.

d)- Que representa o suprimento de ar de + 7kgf/cm2 para a exatidão da

medição.

e)- Qual é a função da válvula de controle conectada ao instrumento?, e que

tipo de sinal é transmitida até a válvula de controle?.

f)- Represento o sistema em código ISA

Exercício 42:

Na seguinte figura estão os esquemas simplificados de dois sistemas de

medição industrial.

a)- Qual é a variável medida e a variável secundaria em cada um deles

explicando as diferencias no seus princípios de funcionamento.

b)- Por que os dois sistemas precisam de amplificadores?, Que tipo de sinaldeve chegar até o indicador local.

c)- Para obter o gráfico de tendências no tempo dessa variável medida na tela

do sistema de supervisão na sala de controle da indústria, que elementos tem

que adicionar no sistema e como será o processamento da sinal para sua

representação gráfica. Desenhe os esquemas funcionais em simbologia ISA

dos sistemas de medição e registro gráfico dessas variáveis.

Exercício 43:

No sistema representado na seguinte figura



Responda:

a)- Principio de funcionamento da medição para esse liquido e sua modificação

se fosse sólidos granulados.

b)- Porque se precisará de um instrumento indicador-transmissor no mesmo

corpo e quais devem ser seus componentes principais de acordo ao tipo de

sensor conectado.

c)- Complete o sistema de controle remoto na figura e desenhe seu esquema

funcional em simbologia ISA.

Exercício 44:

Na seguinte figura estão os esquemas simplificados de dois sistemas de

medição industrial.

a)- Qual é a variável medida e a variável secundaria em cada um deles

explicando as diferencias no seus princípios de funcionamento.

b)- Que representam os circuitos conectados a esses sensores?, que tipo de

sinal devem transmitir.



c)- Para obter sua representação na tela do sistema de supervisão na sala de

controle da indústria, que elementos tem que adicionar no sistema e como será

o processamento da sinal para sua representação gráfica. Desenhe o esquema

funcional em simbologia ISA do sistema completo dessas variáveis.

Exercício 45:

Explique qual é a grandeza física representada nas conversões de unidades da

seguinte tabela e qual é sua importância no sistema de controle de variáveis

tecnológicas nos processos industriais. Classifique os tipos de medidores

industriais dessa variável tecnológica relacionada com a da tabela.

a) Selecione e explique o principio de funcionamento dos componentes de

um sistema de medição local para essa variável numa tubulação de

fluido de agua na indústria

b) Selecione e explique o principio de funcionamento dos componentes de

um sistema de medição remota na sala de controle da empresa para

essa variável numa tubulação de fluido de agua na indústria

c) Selecione e explique o principio de funcionamento dos componentes deum sistema de controle local para essa variável numa tubulação de

fluido de agua na indústria

d) Selecione e explique o principio de funcionamento dos componentes de

um sistema de controle remoto na sala de supervisão da empresa para

essa variável numa tubulação de fluido de agua na indústria

e) Selecione e explique o principio de funcionamento dos componentes de

um sistema de armazenamento de histórico de tendência no tempo na

sala de supervisão para essa variável numa tubulação de fluido de agua

na indústriaf) Selecione e explique o principio de funcionamento dos componentes de

um sistema de alarme e intertravamento para essa variável numa

tubulação de fluido de agua na indústria

Exercício 46:

Na seguinte figura estão representado um sensor e transmissor de uma

grandeza física industrial:



a)- Explique o nome e importância da variável medida e qual é a variável

secundaria utilizada no sistema, explicando os princípios de funcionamento do

sensor e transmissor.

b)- Complete o sistema de medição local explicando o principio de

funcionamento dos outros instrumentos adicionados. Representar o esquema


c)- Complete o sistema de controle local explicando o principio de


funcional em simbologia ISA

d)- Complete o sistema de medição remota desde sala de supervisão para

indicação, controle e registro da variável na tela dos computadores explicando

o principio de funcionamento dos outros instrumentos adicionados. Representar

o esquema funcional em simbologia ISA

e)- Obtenham as características estáticas e dinâmicas aproximadas de todo o

sistema nas quatro variantes a partir das características mais comuns destes

instrumentos.



Exercício 47:






b)- Complete o sistema de medição local explicando o principio de








o principio de funcionamento dos outros instrumentos adicionados. Representar

o esquema funcional em simbologia ISA



instrumentos.



Exercício 48:






b)- Complete o sistema de medição local explicando o principio defuncionamento dos outros instrumentos adicionados. Representar o esquema







o principio de funcionamento dos outros instrumentos adicionados. Representaro esquema funcional em simbologia ISA



instrumentos.



Exercício 49:

Do instrumento representado na seguinte figura responda:

a) Tipo de sensor, variável medida e principio de funcionamento.

b) Detalhes construtivos

c) Regras de instalação industrial

d) Codificação ISA

e) Uso mas comum

f) Características estáticas e dinâmicas mais comuns



Exercício 50:

Do instrumento representado na seguinte figura responda:

a) Tipo de sensor, variável medida e principio de funcionamento.

b) Detalhes construtivos

c) Regras de instalação industrial

d) Codificação ISA

e) Uso mas comum

f) Características estáticas e dinâmicas mais comunsg) Complete a instrumentação para um sistema de controle remoto desde a

sala de supervisão da empresa incluindo registro temporal da tendência

histórica da variável no tempo e sistema de alarmes de valores limites

máximo e mínimo. Represente o sistema em simbologia ISA.



Exercício 51:

Para o sistema de controle representado na seguinte figura:

a)- Avalie a seleção dos instrumentos colocados no sistema de controle em

malha fechada, indicando qual pode ser o sensor e se está inserido

corretamente no processo para medir essa temperatura, qual poderia ser o

transmissor de temperatura, explique principio de funcionamento e span de

entrada e saída, controlador utilizado e suas características, válvula de controle

proposta e suas caraterísticas. Tipo de sinal de controle, seu range

padronizado.

b)- Se no exemplo anterior se precisa mudar para um controle remoto com

CLPs na sala de controle da indústria com sinais elétricas padronizadas, quais

são as mudanças na instrumentação que precisa ser requerida

c)- Se se precisa adicionar um sistema de alarmes e Intertravamentos para os

limites máximos e mínimos da temperatura medica, quais são as mudanças na

instrumentação que precisa ser requerida

d)- Desenhe os esquemas funcionais em simbologia ISA das três propostas

anteriores.

e)- Faça uma valoração aproximada das características estáticas desses

sistemas de automação propostos.

e)- Faça uma valoração aproximada das características dinâmicas desses

sistemas de automação propostos.



Exercício 52:

Para o sistema de controle representado na seguinte figura:

a)- Avalie a função do sistema, os instrumentos selecionados e seu principio de

funcionamento, os sinais em cada um das seções.

b)- Se precisamos de ter o registro do histórico no tempo da variável medida

num sistema de supervisão industrial e de adicionar o controle de alarmes por

limites máximo e mínimo da variável medida, , quais são as mudanças na

instrumentação que precisa ser requerida. Explique as características da

instrumentação adicionada.

c)- Avalie a relação do sistema de controle e sua representação em simbologia

ISA, na variante inicial e adicionando o indicado no inciso b



Exercício 53:

No sistema de automação industrial de um tanque de aquecimento de agua foi

realizada a teste representada nas respostas temporais da figura

a)- Qual é o tipo de sensor que poderia se utilizar no processo, seu principio de

funcionamento e sinal de saída ao transmissor.

b)- Qual é o tipo de transmissor que poderia se utilizar no processo, seu

principio de funcionamento e sinal de saída ao controlador.

c)- Qual é o tipo de controlador que poderia se utilizar no processo, seuprincipio de funcionamento e sinal de saída ao atuador.

d)- Qual é o tipo de atuador que poderia se utilizar no processo, seu principio

de funcionamento e sinal de saída para a variável manipulada.

e)- Determine as características estáticas aproximadas de cada um destes

quatro elementos.

f)- Determine as características dinâmicas aproximadas de cada um destes

elementos. Considere as constantes de tempo do sensor-transmissor e do

atuador praticamente despreciáveis.

g)- Construía o diagrama de blocos em malha fechada do sistema e realize sua

simulação em MatLab/Simulink na frente do degrau representado graficamente

na figura quando é colocado na referencia e na carga. Avalie as respostas

temporais obtidas.



Exercício 54:

No sistema de automação representado na seguinte figura estão representadas

parte das malhas fechadas de dois sistemas de controle.

a)- Identificar quais são as variáveis medidas e as variáveis controladas emcada um dos dois sistemas de controle. Feche os sinais desde os

controladores até os atuadores adicionando (em código ISA) a instrumentação

adicional que se precise.

b)- Explique qual poderia ser a sua seleção de cada um destes instrumentos e

seus princípios de funcionamento.









Pressão diferencial: Ultrassônico:



Resposta doMalha









Esquemático Operação

Documents

Exercícios de Instrumentação Industrial