Aula 10 - Exercícios

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11/06/2019
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Exercícios
CARLOS FREDERICO MESCHINI ALMEIDA
Exercício #1
Um engenheiro pediu que seu estagiário propusesse tipos de válvulas para
determinados usos na indústria. Indique se você concorda com as proposições do
estagiário e, caso contrário, aponte o(s) tipo(s) de válvula(s) que você julga
adequado(s).
a) Uma linha de água de incêndio que é mantida bloqueada em condições normais
de operação, sendo aberta somente em casos de emergência. PROPOSTA DO
ESTAGIÁRIO: Válvula Borboleta.
b) Uma linha de saída de um vaso de ácido sulfúrico concentrado, a qual se junta
posteriormente a uma linha de água. Como a presença de água no tanque é
extremamente indesejada (reação fortemente exotérmica), deseja-se assegurar
que a água não escoe no sentido do vaso. PROPOSTA DO ESTAGIÁRIO: Válvula
Globo.
c) Linha de água com ajuste manual da vazão dependendo da demanda do
momento. PROPOSTA DO ESTAGIÁRIO: Válvula gaveta.
d) Uma linha de gás, no topo de um tanque de armazenamento de um líquido
volátil, como proteção para casos de sobrepressão no interior do tanque.
PROPOSTA DO ESTAGIÁRIO: Válvula Redutora de Pressão.
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Exercício #1
a) Uma linha de água de incêndio que é mantida bloqueada em
condições normais de operação, sendo aberta somente em casos
de emergência. PROPOSTA DO ESTAGIÁRIO: Válvula Borboleta.
INADEQUADO: válvula Gaveta, além de ser também uma Válvula de
Retenção, garantindo a pressão na rede de sprinklers, comumente
usados no combate ao foco de incêndio, mesmo antes do acionamento
da bomba hidráulica, possui um fechamento metal com metal e por
isso se consideram adequadas para combate de incêndio, desde que
seja construída de metal com alto ponto de fusão.
IMPORTANTE: As válvulas de gaveta só devem trabalhar
completamente abertas ou completamente fechadas, isto é, são
válvulas de bloqueio e não de regulagem. Quando parcialmente
abertas, além de produzir uma grande perda de carga, provocam
vibração, corrosão e erosão de partículas na placa de fechamento.
Exercício #1
b) Uma linha de saída de um vaso de ácido sulfúrico concentrado, a qual se junta
posteriormente a uma linha de água. Como a presença de água no tanque é
extremamente indesejada (reação fortemente exotérmica), deseja-se assegurar
que a água não escoe no sentido do vaso. PROPOSTA DO ESTAGIÁRIO: Válvula
Globo.
INADEQUADO: ainda que permitam o fluxo em apenas um sentido, válvulas globo
são caras, sendo usadas para controle de fluxo. Neste caso, deseja-se apenas que
não haja fluxo no sentido contrário. Seria mais conveniente o uso de válvulas de
retenção, que permitem o fluxo em apenas um sentido.
As válvulas de retenção já sejam de portinholas ou de pé ou de diafragma, são
equipamentos de proteção instalada visando proteger as instalações hidráulicas do
refluxo de fluido quando da paralisação das bombas. Como função secundária, são
importantes para a manutenção da coluna da água durante a paralisação.
Válvula borboleta pode ser usada como válvula de regulagem e/ou válvula de
bloqueio. O fechamento da válvula se dá pela rotação de um disco em torno de um
eixo diametral, perpendicular à direção do escoamento do fluido. Possui uma
vedação muito boa. Mas, tem um custo maior que as válvulas de retenção.
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Exercício #1
c) Linha de água com ajuste manual da vazão dependendo
da demanda do momento. PROPOSTA DO ESTAGIÁRIO:
Válvula gaveta.
INADEQUADO: válvulas gavetas são válvulas de bloqueio e
não devem ser usadas para ajustes parciais de vazão pois
isso pode danificar sua sede. Seria mais conveniente o uso
de válvulas do tipo borboleta.
Exercício #1
d) Uma linha de gás, no topo de um tanque de armazenamento de um líquido volátil, como proteção para casos de
sobrepressão no interior do tanque. PROPOSTA DO ESTAGIÁRIO: Válvula Redutora de Pressão.
INADEQUADO: válvulas redutoras de pressão ajustam a pressão após a válvula e neste caso o controle de pressão é o tanque
localizado antes da válvula. O correto é o uso de válvulas de alívio. Válvulas de alívio controlam a pressão a montante abrindo-se
automaticamente, quando essa pressão ultrapassar um determinado valor para o qual a válvula foi calibrada. Válvulas
redutoras de pressão regulam, sem intervenção de qualquer ação externa, a pressão de jusante da válvula, também são
automáticas.
IMPORTANTE: lembrar que opara selecionar uma válvula precisam especificar diversas características e detalhes da válvula
selecionada. Algum fatores a considerar:
MAIS IMPORTANTE ⇒ EXPERIÊNCIA PRÉVIA (Existe utilização de válvulas em serviços similares)
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Exercício #2
Um recipiente de mistura de uma estação de tratamento
de águas residuais recebe água com diferente níveis de
pH. A tarefa do sistema de controle é manter o pH da água
de saída em torno de 7 (neutro) pela adição de ácido ou
de soda cáustica, conforme necessário.
Se o pH medido estiver abaixo de 7 (ácido), então o
sistema de controle precisará abrir a válvula de soda
cáustica, para aumentar o pH da mistura. Se o pH da água
estiver acima de 7 (básico), então o sistema de controle
precisará abrir a válvula de ácido, para diminuir o pH da
mistura.
No entanto, seria um desperdício adicionar
simultaneamente ácido e soda cáustica no recipiente, já
que um tende a anular o outro.
Como seria possível operar as válvulas de ácido e de soda
cáustica a partir de um único controlador? Esboce um
solução, completando o diagrama P&ID e ilustre a mesma
via diagrama de blocos.
Exercício #2
O uso de um cálculo computacional antes da atuação de cada válvula de
controle é uma alternativa para selecionar o reagente, pois ele é capaz de
restringir a faixa de sinal de saída do controlador que faz atuar a válvula.
Algumas considerações devem ser levadas em conta:
• As válvulas de controle são do tipo ar para fechar (ou falha aberta), vide
simbologia. Logo, para mantê-las fechadas, o máximo de pressão de ar deve ser
fornecido.
• Tomando como referência aumentos de pH em relação ao setpoint, a válvula de
ácido deverá abrir. Com isso, o suprimento de ar deve diminuir e,
consequentemente, o sinal de saída do controlador. Com isso, se assume um
controlador de ação reversa.
• O transdutor de pressão pode ser se ação direta (aumentos de sinal elétrico
aumentam o sinal pneumático) ou de ação reversa (aumentos de sinal elétrico
diminuem o sinal pneumático).
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Exercício #2
Portanto, chegamos à seguinte lógica de controle:
Exercício #2
No P&ID ficaria da seguinte forma:
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Exercício #3
No exemplo de controle de processo esquematizado no P&ID, o transmissor gera um sinal
que aumenta a medida que aumenta a variável do processo e o transdutor I/P produz uma
pressão de ar que aumenta quando o sinal de corrente aumenta.
a) Determine a ação apropriada do controlador do processo.
b) Represente os respectivos diagramas de blocos indicando os sinais.
Exercício #4
No exemplo de controle de processo esquematizado no P&ID, o transmissor gera um sinal
que aumenta a medida que aumenta a variável do processo e o transdutor I/P produz uma
pressão de ar que aumenta quando o sinal de corrente aumenta.
a) Determine a ação apropriada do controlador do processo.
b) Represente os respectivos diagramas de blocos indicando os sinais.
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Exercício #5
No exemplo de controle de processo esquematizado no P&ID, o xarope bruto é aquecido
por meio de vapor para evaporar a água e tornar-se mais concentrado. Um analisador
analítico de concentração final do açúcar monitora a concentração do xarope.
Exercício #5
Um medidor de vazão foi instalado na
linha de xarope bruto que entra para
monitorar as mudanças na vazão da
alimentação. O pessoal de operações
determinou que as variações na vazão de
alimentação afetam negativamente a
qualidade do produto, e pediram para
implementar uma solução para estabilizar
a qualidade do produto (concentração de
xarope), para essas mudanças na taxa de
fluxo.
a) Implemente a nova estratégia de controle no diagrama P&ID e apresente
o diagrama de blocos correspondente,para se obter o melhor controle de
açúcar concentrado, apesar das mudanças significativas na vazão de
alimentação do xarope bruto.
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Exercício #5
Exercício #5
b) Determine a Gff ideal se:
◦ A função de transferência da variação da
concentração de xarope com respeito a vazão
de xarope bruto é:
𝐺 =
50
30𝑠 + 1
◦ A função de transferência da variação da
concentração de xarope com respeito a vazão
de vapor é:
𝐺 =
10
20𝑠 + 1
◦ O ganho da válvula pneumática foi ajustado para operar com uma vazão de 0 a
500 kg de vapor por hora e a constante de tempo é de 10 segundos.