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1º Exame de Instrumentação II Eng. de Automação, Controlo e Instrumentação

1 22 de Janeiro de 2004

Instrumentação II

Curso de Bacharelato em Engenharia de Automação, Controlo e Instrumentação Escola Superior de Tecnologia de Setúbal

1º Exame, 22 de Janeiro de 2004 (duração do exame = 2 horas)

O exame é sem consulta! Todos os resultados devem ser apresentados em unidades do SI!

I – Problemas de Aplicação 1. (3.0 val.) Um manómetro de coluna líquida em U, com mercúrio, indica um desnível

de 280 mm entre as duas superfícies livres. Sabendo que a tomada de pressão a que corresponde o nível mais alto se encontra ligada a uma pressão relativa de -0.2 kgf/cm2, calcule em unidades do SI:

a) A pressão relativa que está a ser aplicada na outra tomada do manómetro.

b) Converta os valores das duas tomadas em valores de pressão absoluta.

2. (3.0 val.) Um indicador de nível de um tanque contendo um líquido de densidade

d = 1,1 é constituído por um sistema de flutuador com contrapeso. O flutuador é cilíndrico, com um diâmetro de base de 10 cm e altura de 15 cm. O flutuador é homogéneo, tem uma densidade média d = 2,2 e está ligado a um contrapeso de 1,5 kg, do qual se mede a posição.

a) Determine a percentagem do volume do flutuador que se encontra imersa no líquido.

b) Qual deverá ser o peso do contrapeso por forma a que o flutuador esteja imerso em 70%?

c) Para as condições da alínea b), atendendo a que o sistema de roldanas introduz um atrito estático de 60g, qual o respectivo erro na leitura?

3. (3.0 val.) Numa conduta horizontal de transporte de água instalou-se um orifício

calibrado para medição de caudal. São conhecidos os seguintes dados:

• localização das tomadas de pressão: 2D antes e 1D depois do orifício; • diâmetro da conduta: 350 mm;



• gama de pressões: 0-5 bar (pressão relativa); • regime de escoamento turbulento; • caudal máximo na conduta: 300 l/s; • coeficiente de descarga: 0,62.

a) Qual deverá ser o diâmetro do orifício para que, no mesmo, a velocidade do caudal não exceda os 6 m/s?

b) Admitindo que se registava uma pressão relativa de 1,2 bar na tomada situada a montante do orifício, determine a pressão respectiva que se registaria na tomada situada a juzante para um caudal de 250 l/s.

c) Qual a velocidade de escoamento do caudal (na conduta) para a situação da alínea anterior?

4. (4.0 val.) Calibrou-se uma termo-resistência para um funcionamento numa gama de

250 a 750 oC. Nessa gama de temperaturas a termo-resistência comportou-se de acordo com a equação: R(T) = 3,75T + 850 [Ω] Procedeu-se à ligação desta termo-resistência a uma ponte de Wheatstone com resistências de 1 kΩ e 0.1% de precisão. A ponte é alimentada por uma tensão contínua de 5 V.

a) Calcule o valor de tensão de saída (V0) para o intervalo de temperaturas em causa.

b) Calcule a temperatura quando V0 = 1,2 V.

c) Aproveitando os valores determinados nas alíneas a) e b) e admitindo que a temperatura pode ser calculada a partir da tensão de saída da ponte pela expressão T = aV0 + b, calcule a e b para o funcionamento em torno de 1,2 V, indicando as suas dimensões.

d) Para uma temperatura de 750 oC e admitindo que o factor de auto-aquecimento da termo-resistência é de 0.45 oC/mW, calcule o erro devido ao auto-aquecimento que se poderá ter na estimativa da temperatura. Considera este erro aceitável?

5. (1.0 val.) Atendendo às figuras b) e c), qual será a tensão de saída na situação da

figura a)? Justifique.

Figura a) Figura b) Figura c)



II – Questões de Desenvolvimento 1. (2.0 val.) Quais são as forças que interagem num medidor de caudal de área variável

(rotâmetro)? Descreva-as indicando como se equilibram. Porque é que o tubo onde se movimenta o rotâmetro tem uma forma cónica?

2. (1.0 val.) Explique como funciona um descarregador. Em que situações é utilizado? Qual é o principal inconveniente deste sensor?

3. (2.0 val.) Descreva o princípio de funcionamento do manómetro de Bourdon. Como é que poderia aumentar a sensibilidade de um manómetro de Bourdon?

4. (1.0 val.) Sabendo que é possível fazer a medição de nível entre dois líquidos imiscíveis. Indique que tipo de sensor utilizaria e quais os cuidados a ter no seu dimensionamento.

Atmosfera Kg/cm2 Mm Hg Pascal PSI Bar Atmosfera 1 1.0332 760 101325 14.696 1.01325 Kg/cm2 0.96787 1 735.58 98069 14.224 0.98069 mm Hg 0.001316 0.001360 1 133.32 0.01934 0.0013323 Pascal 0.000009869 0.00001020 0.00750 1 0.000145 0.00001 PSI 0.06805 0.07031 51.718 6894.7 1 0.068947 Bar 0.98692 1.01969 750.075 100000 14.5039 1

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