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P1 - ELT030
1. Diagramas P&ID: tabelas
2. Em
processos
industriais
onde
manipulam-se
substâncias
inflamáveis, podem ocorrer em determinadas áreas a mistura de
fases, vapores ou poeiras inflamáveis como ar que, em proporções
adequadas, formam a atmosfera explosiva. Área classificada é um
local aberto ou fechado onde existe a possibilidade de formação de
uma atmosfera explosiva. Neste contexto, explique o princípio de
Segurança intrínseca.
O princípio básico de segurança intrínseca é manipular e
armazenar baixa energia, de forma que o circuito instalado na área
classificada
nunca
possua
energia
suficiente
(manipulada
e
armazenada) capaz de provocar a ignição da atmosfera potencialmente
explosiva.
3. Responda:
a. Explique a diferença de exatidão e precisão.
A precisão é um termo que descreve o grau de liberdade a erros
aleatórios, ou seja, ao nível de espalhamento de várias leituras em um
mesmo ponto. Já a exatidão, podemos definir como sendo a aptidão de
um instrumento de medição para dar respostas próximas a um valor
verdadeiro.
b. Defina a sensibilidade de um instrumento de medição.
A sensibilidade é definida como a resposta de um instrumento de
medição dividida pela correspondente variação no estímulo. A
sensibilidade pode depender do valor do estímulo. Sendo assim, a
sensibilidade pode ser contabilizada como a inclinação da reta que
define a relação entre a leitura e a grandeza medida
c. O que é deriva de zero e de sensibilidade, como compensar
estes fenômenos?
A deriva de zero descreve o efeito de como a leitura de zero de
um instrumento é modificada pela alteração nas condições ambientais. A
deriva de sensibilidade ou deriva do fator de escala define o quão a
sensibilidade de um instrumento varia em função das condições
ambientais.
d. Defina instrumento de ordem zero e de primeira ordem.
Em geral os instrumentos de ordem zero são formados por
elementos com características dissipativas, ou seja, são elementos
passivos, elétricos ou mecânicos, que não possuem capacidade de
armazenamento de energia. Eles não dependem do tempo e, assim, a
relação saída/entrada é instantânea. Um instrumento é de primeira
ordem se somente a derivada de ordem unitária existe na relação
funcional entre saída e entrada. O que isto implica, fisicamente, é que há
um atraso entre entrada e saída, em outras palavras, decorre um certo
tempo para que se tenha efeitos totais do sinal de entrada no sinal de
saída. A constante de tempo t da resposta ao degrau é o tempo tomado
quando a saída atinge 63% do seu valor final.
4. Faça a correção das seguintes alternativas:
a. Sendo o sinal transmitido por um instrumento de medida do
tipo elétrico, isto significa que ele é realizado por sinais de
corrente ou tensão e requerem pacotes de informações sobre
a variável medida e utilizam um protocolo de comunicação
para sua correta transmissão.
Sinais elétricos não transmitem informações sobre a variável,
quem faz isso é o sinal digital.
b. Os sensores de proximidade do tipo indutivo detectam todos
os materiais metálicos e não metálicos a uma mesma
distância sensora.
As distâncias são diferentes. Existe um fator de correção para
cada metal que multiplica a faixa de detecção do valor nominal e
resulta na faixa de detecção real.
c. O sensor de deslocamento LVDT (transformador diferencial)
apresenta, com o passar do tempo de seu uso, medidas
imprecisas devido ao contato físico de seu elemento sensor
com a superfície da extensão a ser medida.
O LVDT não apresenta medidas imprecisas com o passar do
tempo de uso, pois sua operação é livre de atrito e sua saída é
absoluta e não incremental, ou seja, a saída independe de um estado
anterior.
5. Comente sobre o gráfico conhecido como Curva da banheira.
A curva da banheira mostra como a taxa de falhas varia ao longo
do ciclo de vida de um item isolado do seu sistema, apresentando, em
geral, as fases da sua vida. A fase 1 é chamada de mortalidade infantil,
na qual a taxa de falhas é alta e decrescente ao longo do tempo. Isto é
devido a problemas na manufatura e nos componentes. A fase 2 é
chamada de vida útil, na qual a taxa de falhas é baixa e praticamente
constante ao longo do tempo. O equipamento opera nessa fase e
basicamente as falhas são eventos aleatórios. A fase 3 é chamada de
desgaste ou fim da vida, na qual o aumento da taxa de falhas no tempo
por problemas de desgaste nos materiais e nos componentes.
6. Quais as interferências mais comuns encontradas na transmissão
de dados de sensores em ambientes conhecidos como "chão de
fábrica"? Comente sobre elas.
Acoplamento galvânico: ocorre quando o circuito ou parte de um
sistema apresenta uma interferência no terra comum, propagando
ruídos na transmissão dos sinais elétricos. Uma maneira de minimizar
é com uma transmissão diferencial, onde uma interferência afeta o par
de fios de forma semelhante sendo cancelada. Outra maneira é utilizar
conexões que separam as linhas de potência das linhas de sinais
sendo conectadas em um único ponto de menos impedância do terra.
Interferência
eletromagnética:
ocorre
quando
um
campo
eletromagnético induz uma corrente espúria nos sinais de transmissão,
gerando flutuações de tensão. Pode ser gerada por centelhamento nas
escovas de motores, chaveamento de circuitos de potência, relés,
disjuntores,
lâmpadas
fluorescentes,
aquecedores,
descargas
atmosféricas, entre outros.
Linha cruzada: ou crosstalk, é um efeito interno capacitivo que
ocorre entre cabos e montagens, que podem percorrer longas
distâncias paralelamente até o painel de controle ou computador
central o que permite o acoplamento de ruídos com os sinais dos
próprios cabos entre si.
Uma maneira de reduzir os dois últimos é utilizando de par de
trançado (twisted pair) no qual o ruído induzido tende a se cancelar na
direção oposta das correntes induzidas. Uma outra maneira são os
cabos blindados (shielding cables), formando uma proteção sobre a
linha de transmissão.
Carregamento: interferência em uma medição causada pela
interação entre as impedâncias, gerando assim uma não-linearidade na
medida.
7. Quando informações de sensores são transmitidas segundo um
protocolo de comunicação entre dispositivos ele pode fazer o uso
de padrões de comunicação. Cite dois padrões de comunicação
bastante utilizados e comente sobre eles.
No RS232 o sinal recebido deve estar em uma determinada
faixa de valor de tensão, por exemplo. Isso fará com que na saída
apareça 0 ou 1. Entretanto, existe uma zona de transição na qual o
sinal não é detectado nem 0 e nem 1. Esse padrão está suscetível a
qualquer tipo de ruído e sua saída pode ser alterada.
O RS485 compara o sinal recebido com um sinal de referencia e
sua saída é a diferença entre o segundo com o primeiro, fazendo assim
que quaisquer ruídos ou perturbações sejam cancelados.
8. Explique o funcionamento de um sensor de proximidade indutivo e
identifique a sua limitação de desempenho.
O sensor consiste em uma bonina em um núcleo de ferrite, um
oscilador, um detector de nível de sinais de disparo e um circuito de
saída. São projetados para operar gerando um campo eletromagnético
e detectando as perdas das correntes parasitas geradas quando
objetos do alvo de metal ferroso penetram no campo. Conforme um
objeto de metal avança para dentro do campo, as correntes parasitas
são induzidas no alvo. O resultado é uma perda de energia e uma
menor amplitude de oscilação. O circuito de detecção reconhece, então
uma alteração específica em amplitude e gera um sinal que acionará a
saída do estado sólido para ENERGIZADO ou DESENERGIZADO. Sua
limitação de desempenho é a pequena distância de detecção, porém
apresenta ótima precisão.
9. Explique o funcionamento de um sensor de proximidade capacitivo.
Cite suas vantagens e desvantagens.
O campo sensoriado deste dispositivo é formado por eletrodos
posicionados concentricamente, de forma semelhante a um capacitor
aberto. Estes eletrodos irradiam um campo elétrico de sensoriamento.
Quando uma massa penetra neste campo, a capacitância de
acoplamento entre os eletrodos aumenta, o que faz o circuito oscilar. A
amplitude desta oscilação é avaliada por um circuito detector que ativa
a saída de estado sólido.
As vantagens são: detectam não só todos os metais com
distâncias semelhantes, mas também materiais não metálicos, como
madeira, papelão vidro, plásticos, concreto e até mesmo líquidos; e
possibilitam a detecção de um material no interior de outro.
As desvantagens são: o custo pode ser de 1,5 a 3 vezes
superior ao de um sensor indutivo e podem sofrer interferência de
materiais incrustantes em sua superfície ativa, provocando seu
acionamento indevido.
10. Cite três tipos de sensores de deslocamento e seus princípios de
funcionamento.
Transformador diferencial (LVDT): o princípio de funcionamento
é baseado em transferência magnética, o que resulta em resolução
infinita (a menor fração de movimento pode ser detectada por
condicionadores eletrônicos de sinal adequados). A primeira bobina é
excitada em corrente AV, o material ferromagnético é colocado na
posição linear central, as bobinas secundárias são conectadas
opostamente uma a outra de modo que, na posição central, as suas
saídas
sejam
canceladas.
A
saída
do
transdutor
aumenta
independentemente da direção do movimento em relação a região
central. A fase de tensão de saída do sensor deverá ser comparada
com a fase da tensão de excitação.
Magneto-sônico: O cursos magnético, quando acoplado ao
transdutor, produz um campo magnético. Um pulso de corrente, gerado
pelo circuito eletrônico posicionado no final do transdutor, é enviado,
produzindo uma onda ultrassônica resultante da interação do campo do
curso magnético e esta corrente. O mesmo circuito eletrônico se
encarrega de detectar este pulso acústico resultante.
Resistivo: É basicamente um potenciômetro, devidamente
excitado, no qual a tensão variável obtida no cursor é modificada em
decorrência da ação de alguma variável mecânica, tal como uma força
ou aceleração. Como vantagem, temos que é um instrumento de
ordem zero e como desvantagem, o desgaste mecânica do contato
entre o cursos e a pista resistiva, resultando em problemas na
precisão, exatidão e linearidade.