Instrumentação II
Automação Controlo e Instrumentação
3º ano, 4º Semestre
Exame tipo – 2005/01/06 – Duração: 02 h 30 m
I - Escolha Múltipla
Assinale a resposta correcta para cada uma das afirmações (apenas uma resposta está correcta)
1. A pressão relativa de um fluido é:
a) Medida em relação à pressão atmosférica.
b) Medida em relação ao vácuo.
c) Em valor numérico maior do que a pressão absoluta.
d) Devida ao movimento das partículas do fluido.
2. O manómetro de Bourdon é constituído por:
a) Um tubo em forma de C, em espiral ou helicoidal, de secção aproximadamente elíptica.
b) Uma membrana metálica que pode ser lisa anelada ou mista.
c) Um elemento metálico de características não elásticas.
d) Um elemento elástico, fixo pelas duas extremidade.
3. O sensor de pressão piezoeléctrico:
a) Baseia-se no fenómeno não reversível da piezoelectricidade.
b) Exibe uma relação entre a carga eléctrica e a pressão fortemente não linear.
c) Não permite ler a componente contínua da pressão.
d) Tem uma largura de banda maior que I kHz, que inclui a frequência zero.
4. Qual das expressões, representando um valor de temperatura, se encontra escrita correctamente,
no SI?
a) 280.7 Kelvin
b) 280.7 ºkelvin
c) 280.7 kelvin
d) 280.7 ºK
5. No termómetro de tensão de vapor:
a) O bolbo apenas contém um gás.
b) O bolbo contém dois gases diferentes.
c) Coexistem no bolbo, sempre, uma fase líquida e uma fase gasosa.
d) Coexistem no bolbo, por vezes, uma fase líquida e uma fase gasosa.
6. O termopar industrial é constituído por:
a) Duas junções semicondutoras formando um cristal NPN.
b) Dois materiais metálicos diferentes ligados um ao outro.
c) Um material semicondutor ligado a um metal.
d) Dois materiais metálicos iguais ligados um ao outro.
7. A finalidade de um transmissor de temperatura é:
a) Substituir a ponte de Wheatstone.
b) Converter a saída do elemento primário num sinal normalizado.
c) Converter um sinal de 4-20 mA num sinal RS232C.
d) Substituir o termopar.
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8. A equação fundamental da hidrostática diz que:
a)
b)
c)
d)
Ao longo de uma linha de corrente p / γ + z = constante.
Num fluido em repouso, em qualquer direcção, p / γ + z = constante.
Num fluido em repouso, apenas numa superfície horizontal, p / γ + z = constante.
Ao longo de uma linha de corrente v2 /2g + p / γ + z = constante.
9. Os tubos de visualização para a medida de nível:
a)
b)
c)
d)
Apenas se utilizam para medidas do tipo on-off.
Raramente se utilizam na indústria.
Não podem ser utilizados com líquidos muito viscosos.
São quase sempre ligados a um transmissor.
10. Os sensores de nível por radar:
a)
b)
c)
d)
Não suportam alimentação a dois fios.
As leituras são influenciadas pelos gases e espuma sobre o líquido.
Constituem uma tecnologia relativamente nova, fiável e robusta.
Apenas podem ser utilizados com líquidos condutores.
11. Num orifício calibrado para medição de caudal, a velocidade do fluido é:
a)
b)
c)
d)
Máxima na vena contracta.
Máxima no orifício.
Máxima um diâmetro de tubagem a jusante do orifício.
Menor na vena contracta do que no orifício.
12. Na instalação de um orifício calibrado para a medição do caudal de um gás frio:
a)
b)
c)
d)
Devem ser utilizados potes de condensação.
As linhas de impulso e o transmissor devem colocar-se acima do orifício.
As linhas de impulso e o transmissor devem colocar-se abaixo do orifício.
É indiferente a posição relativa das linhas de impulso e do orifício.
13. No dimensionamento de um caudalímetro electromagnético:
a) Deve escolher-se o seu diâmetro de modo a ser inferior ao diâmetro da tubagem onde
ficará inserido.
b) É preciso efectuar cálculos, uma vez que os diâmetros não estão normalizados.
c) Por vezes têm que ser instalados cones de redução.
d) Devem ser colocados na zona de aspiração das bombas.
14. Num sensor de pH com eléctrodos de vidro a d.d.p. entre o eléctrodo de medida e o de
referência:
a)
b)
c)
d)
Decresce com o pH da solução.
Decresce com o logaritmo do pH da solução
Cresce com o pH da solução.
É independente do valor do pH.
15. Na calibração de um sensor de pH com eléctrodos de vidro:
a) As soluções tampão, com pH conhecido, devem ser introduzidos no interior do eléctrodo
de referência.
b) Apenas o eléctrodo de medida é colocado em diversas soluções tampão.
c) Apenas o eléctrodo de referência é colocado em diversas soluções tampão.
d) Ambos os eléctrodos são colocados em diversas soluções tampão.
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II - Desenvolvimento
Faça uma exposição simples e objectiva sobre cada um dos temas que a seguir se apresentam.
Deverá referir todos os tópicos indicados.
1. Manómetro de diafragma.
Descreva, o manómetro de diafragma, não se esquecendo de fazer ou descrever o:
• Esquema, acompanhado de uma legenda.
• Princípio de funcionamento.
• Dois métodos correntemente utilizados para a conversão do valor da pressão num sinal eléctrico.
2. Temperatura por infra-vermelhos.
Faça uma exposição sobre o sensor de temperatura por radiação. Deverá:
• Deverá indicar o princípio de funcionamento.
• Referir o espectro de radiação de um corpo.
• Fazer um esquema acompanhado de uma legenda.
III - Problemas
Resolva os problemas seguintes e apresente os resultados. Apresente também os
cálculos e passos que possam ser relevantes para uma exposição clara.
Probl. 1 – Manómetro de coluna líquida
Um manómetro de coluna líquida, em U, usando mercúrio como líquido
manométrico, indica um desnível de 16.5 cm entre as duas superfícies
do mercúrio. A tomada de pressão a que corresponde o nível mais baixo
encontra-se ligada à atmosfera e está isolada desta por meio de um
pequeno cilindro de aço, de diâmetro ligeiramente inferior ao diâmetro
interno do tubo, de altura igual a 20 mm, que se move sem atrito no
tubo. Nestas condições calcule:
a) A pressão absoluta, p, que está a ser aplicada ao manómetro, em
unidades do SI.
b) Qual será a diferença de cotas entre as superfícies do mercúrio
quando p = p0?
Dados: dHg = 13.6
p0
↔p
16.5 cm
20 mm
daço = 7.6
Probl. 2 – Termopar
Um termopar funciona entre 650 e 700 ºC. Sabendo que à temperatura de 650 º C a sua tensão da
saída é de 30.066 mV (junção de referência a 0 ºC) e a sua sensibilidade de 58.7 µV/ºC,
a) Calcule a sua tensão de saída do termopar à temperatura de 660 ºC, mantendo a junção de
referência a 0 ºC.
b) Sabendo que a junção de referência é igual à de medida e que a tensão de saída do termopar é de
1.277 mV a 25 ºC (com a referência a 0 ºC), calcule a tensão de saída do termopar quando a
junção de medida se encontra a 650 ºC e a junção de referência a 25 ºC.
c) Admitindo que a temperatura pode ser calculada a partir da tensão de saída do termopar pela
expressão T = a vo + b , calcule a e b para o funcionamento em torno de 650 ºC e indique as
suas dimensões.
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Probl. 3 – Nível por flutuador
Um indicador de nível de um tanque de água é constituído por um sistema de flutuador com contrapeso. O
flutuador é esférico, oco, sendo a sua superfície de chapa de aço inox. Dados: Diâmetro externo do flutuador:
80 mm; Espessura da chapa: 1,0 mm; Densidade do aço inox: 7.87.
a) Determine o valor do contrapeso para que o flutuador, quando em serviço, fique com 50 % do seu volume
imerso.
b) O sistema de roldanas e fio introduz um atrito estático de 5 gramas. Calcule o seu efeito sobre a precisão
da leitura de nível.
Probl. 4 – Caudal
Um caudalímetro electromagnético tem duas bobinas com o eixo perpendicular ao tubo, ligadas em série. O
tubo é DN12”. As características de cada bobina são:
Diâmetro médio: 30 cm, comprimento: 1.5 cm, fio de cobre envernizado AWG26, N.º de espiras: 620,
tensão de alimentação alternada de 48 V, frequência 12.5 Hz. O diâmetro de cada eléctrodo no interior do
caudalímetro é de 1.5 cm2. O caudalímetro é utilizado para a medição do caudal de pasta de papel em
suspensão em água. A condutividade eléctrica da pasta líquida é de 80 mS/m. O caudal máximo é de
600 A/s.
a) Calcular aproximadamente a corrente eléctrica nas bobinas e a potência nelas dissipada por efeito de
Joule.
b) Calcular a tensão aos terminais dos eléctrodos do caudalímetro quando o caudal tem o seu valor máximo.
c) O sinal proveniente dos eléctrodos é conduzido a um transmissor cujo pré-amplificador tem uma
impedância de entrada de 500 MΩ. Qual a tensão real à entrada do pré-amplificador?
d) O caudalímetro foi retirado da instalação e colocado a medir o caudal de água desmineralizada de uma
conduta, com σ = 500 µS/m. Não foi efectuada qualquer compensação para a condutividade do novo
fluido. Qual o erro que resulta para a medida?
Cotação:
I Æ por alínea: certo +0.4 val, errado –0.2 val, n/r 0 val
II Æ 3+3 val
III Æ 2+2+2 +2 val
Setúbal, EST, 2005-01-06
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