Questões de Engenharia de Controle e Automação (ENADE)

Considere o sistema multivariável representado no seguinte diagrama em blocos: no qual: ? o sistema C é representado por sua equação diferencial ? o sistema H é representado por seu modelo em espaço de estado Uma representação desse sistema multivariável em espaço de estados na forma pode ser dada pelas matrizes:

Considere uma planta industrial cujo modelo pode ser representado pelo seguinte diagrama em blocos: onde os símbolos representam: r: sinal de referência a ser seguido pela saída (referência) p: perturbação não mensurável y: sinal de saída c: sinal de controle gerado pelo controlador PID (controle) S1: processo controlado Os engenheiros de processo verificaram que, em determinadas situações, a saída não seguia a referência, como pode ser constatado nos gráficos abaixo, obtidos para uma janela de tempo de 200 segundos.

De acordo com estes dados, é possível resolver este problema?

Um sistema de controle via rede pode ser representado pelo diagrama abaixo. Este sistema é composto por: um nó - que representa um sensor que envia dados para o controlador através da rede; um controlador - que recebe os sinais do sensor, processa-os e envia um sinal de controle para o atuador que interage com o processo. O nó do distúrbio representa outro processo que compartilha a rede. Para um sistema com essa configuração, foram obtidas as seguintes curvas de acesso à rede:

Os gráficos C, S e D representam o acesso do controlador, do sensor e do distúrbio, respectivamente. Nestes gráficos, o nível alto representa o acesso à rede e o intermediário, o tempo de espera. Analisando-se estes gráficos, conclui-se que

O modelo de Lotka-Volterra representa a dinâmica de um sistema presa-predador. Este modelo pode ser descrito por: onde: ? x(t) e y(t) são funções temporais que representam, respectivamente, as populações de presas e predadores. O argumento t foi suprimido nas equações para simplificar a notação; ? r 1 , r2 , a , b , c são constantes positivas, assim definidas: A respeito do sistema descrito, conclui-se que:

Um fornecedor de robôs dispõe de um modelo com três graus de liberdade, possuindo uma configuração de juntas RRP (sequência começando da junta mais próxima à base), onde R denota uma junta de rotação e P uma junta de translação ou prismática. Este modelo pode ser utilizado em uma indústria metalúrgica para o corte de chapas. PORQUE O espaço de trabalho deste robô é esférico. Analisando essas afirmações relativas às informações apresentadas no texto, conclui-se que

Considere um pêndulo montado sobre um carrinho cuja dinâmica é governada pelas seguintes equações diferenciais: Os significados dos parâmetros são: ? massa do carrinho M = 9 kg; ? massa da haste do pêndulo m = 1 kg; ? metade do comprimento da haste do pêndulo L = 1 m; ? inércia rotacional da haste do pêndulo J = 4 kg . m 2 ; ? aceleração provocada pela ação da gravidade g = 10 m/s 2 ; e as variáveis são: ? x - posição linear do carrinho, em m; ?? - ângulo de inclinação da haste do pêndulo em relação à direção vertical, em rad; ? f - força aplicada para movimentar o carrinho, em N. Considere que seja o vetor de estado desse sistema e que o pêndulo esteja equilibrado em ? = 0 rad. Adotando e utilizando um processo de linearização, é possível obter o seguinte modelo linear:

No modelo acima, os coeficientes a21, a23, a34 e a43,respectivamente, são:

A Rede de Petri temporizada da figura acima supostamente modela o funcionamento da máquina ferramenta de uma célula de manufatura. Essa máquina realiza alguns procedimentos sobre peças que chegam para serem processadas. Nesse modelo, os lugares são identificados por L (máquina disponível para iniciar um novo processamento), por E (número de peças na fila de espera) e por P (máquina processando peças). As transições temporizadas possuem períodos tc, ti e td , conforme mostra a figura. Com base nas informações acima, avalie as afirmações a seguir. Analisando as afirmações acima, conclui-se que

Os controladores com dois graus de liberdade são utilizados quando se deseja ajustar, de maneira independente, o seguimento de uma referência e a rejeição de perturbações. Na figura abaixo, é representado o diagrama de blocos de um

sistema de controle com dois graus de liberdade, onde Hc (s) e Hf (s) são as funções de transferência dos controladores,G(s) é a função de transferência da planta, w(s) é uma entrada de perturbação, ref(s) é a referência e y(s) é a saída. Supondo que sendo z1 , p1 e p2 constantes reais positivas e Nc (s), Dc (s), Nf (s) e Df (s) polinômios, para eliminar o efeito de uma perturbação do tipo degrau, garantindo uma especificação de desempenho, e acelerar a resposta para o seguimento da referência, utilizando o controlador Hf , pode-se alocar um fator s no polinômio

Um projetista especificou um controlador com o objetivo de controlar a posição de um motor acoplado a um conjunto de engrenagens, conforme o diagrama abaixo. No diagrama, PI é um controlador proporcional integral, N1/N2 é a relação entre engrenagens, a1 é a posição angular antes do acoplamento, a2 é a posição depois do acoplamento, e aref é a referência de posição. Entretanto, os dados da simulação não corresponderam aos dados obtidos em campo. Na figura abaixo são apresentados os resultados gráficos da simulação e do experimento.

Analisando comparativamente os resultados, é possível concluir que a discrepância entre o ângulo a2 medido e o ângulo a2 simulado é o resultado de

A figura abaixo contém a representação esquemática de uma aplicação para o controle de temperatura de um forno utilizando um controlador lógico programável (CLP). O sensor de temperatura em conjunto com o transdutor fornece um sinal analógico 0-10 V/20-150°C ( enviado ao CLP, o qual por sua vez, envia um sinal de 0-20 mA para a válvula, permitindo a variação de sua abertura e a dosagem gradativa da quantidade de combustível enviado ao forno. Assim, pode-se modificar a temperatura do forno conforme a necessidade. Em relação ao sistema de automação apresentado, avalie as afirmações a seguir. I. O uso da unidade A/D de 8 bits no CLP permite aquisição de temperatura com uma resolução de, aproximadamente, 0,508°C. II. A unidade D/ A no CLP pode ser substituída por um módulo de saída digital a relé especificado para um valor de saída de corrente de até 10 A, valor maior que o sinal de saída enviado para a válvula. III. Para comunicação entre o CLP e um sistema SCADA (supervisorycontrol and data acquisition), podem ser usadas, entre outras, rede industrial PROFIBUS ou comunicação serial com protocolo MODBUS, sendo a primeira mais onerosa que a segunda. IV. O sistema supervisório pode ser programado diretamente no CLP, sem a necessidade de dispositivos adicionais, reduzindo o custo de implementação do sistema como um todo. V. A realização dessa automação requer um CLP de grande porte, devido ao sistema operar em malha fechada, o que implica o uso de blocos específicos de programação. É correto apenas o que se afirma em

Os sistemas integrados de manufatura (SIM) apresentam uma abordagem estratégica embasada em tecnologia, que respondem aos desafios competitivos de fabricação. Uma forma de caracterizar esses sistemas é a partir da matriz de variedade (de partes/peças diferentes) e volume (da quantidade de partes/peças produzidas) da manufatura, conforme ilustra a figura abaixo.

Considerando a matriz de variedade x volume representada na figura, avalie as afirmações a seguir. I. Sistemas totalmente dedicados são adequados para produzir uma variedade limitada de configurações de partes/peças, no entanto, podem trabalhar com volumes muito altos de produção, ocupando a faixa A3 da matriz. II. Sistemas flexíveis de manufatura (FMS) podem ocupar o nível mais alto da matriz de volume e variedade, ocupando a faixa C3, ou seja, são capazes de se adequar a alta variedade de partes/peças e alto volume de produção de partes/peças. III. Sistemas que utilizam máquinas baseadas em CNC (computador numericamente controlado) podem trabalhar com alta variedade de programação de partes/peças, ocupando a faixa C1 da matriz, mas podem ser inviáveis economicamente se os volumes não forem baixos. É correto o que se afirma em

Sensores ultrassônicos são usados na medição de grandezas como distância e nível. Alguns desses sensores emitem um sinal na frequência de 40 kHz que, ao atingir um objeto, retorna e, quando captado, permite calcular a distância do objeto ao sensor. Nesse contexto, avalie as afirmações a seguir. I. O cálculo da distância pode ser obtido usando-se equações da mecânica clássica. II. Para evitar uma interferência entre o sinal enviado e sinais espúrios advindos de fontes eletromagnéticas, deve-se usar um filtro. III. No caso específico de um sensor ultrassônico, o cálculo da distância baseia-se na variação da velocidade e, dessa forma, no efeito doppler. IV. Para uma leitura adequada do sinal desse sensor em um sistema de aquisição de dados, deve-se utilizar uma taxa de amostragem de no mínimo 80kHz de forma a evitar o efeito aliasing. É correto apenas o que se afirma em

Tendo em vista a situação descrita, avalie as afirmações a seguir. I. O cabo de fibra de carbono suporta elevadas cargas devido à sua elevada resistência à tração. II. A fibra de carbono torna o cabo bem mais flexível, o que, aliado a sua resistência à tração, proporciona a esse material uma vantagem em relação aos cabos de aço convencionais. III. A relação resistência/peso do cabo de fibra de carbono assegura vantagem desse material em relação aos cabos de aço, pois a economia do peso próprio do cabo pode ser usada para sustentar o elevador e reduzir o consumo de energia. IV. Apesar da resistência à tensão ser apenas ligeiramente maior no cabo de fibra de carbono, a vantagem principal de seu uso é a alta relação resistência/peso. É correto apenas o que se afirma em

A respeito da navegação autônoma dos VANTs, avalie as afirmações a seguir. I. O GPS tem como funcionalidade básica determinar coordenadas geográficas.

II. O acelerômetro tem como funcionalidade básica determinar variação na orientação. III. O giroscópio tem como funcionalidade básica determinar variação no posicionamento. É correto o que se afirma em

A figura abaixo representa um sensor de vazão de vórtice volumétrico (composto por transdutor e transmissor) instalado em uma tubulação para medição de vazão de água que abastece uma caldeira, na qual é arbitrado um sentido de fluxo. Esse sensor pode ser adquirido na configuração 4-20 mA/0-20 m 3 /h ou 0-10 V/0-20 m 3 /h. Nesse contexto, avalie as afirmações a seguir. I. As duas configurações apresentam o mesmo alcance (span). II. As duas configurações apresentam a mesma faixa de medida (range). III. A medição de vazão de água independe do sentido de passagem de fluxo de água arbitrado no sensor. IV. O sensor com configuração 0-10 V/0-20 m 3 /h fornece menor confiabilidade que o sensor com configuração 4-20 mA/0- 20 m 3 /h. V. A configuração 0-10 V/0-20 m 3 /h tem melhor imunidade a ruído, enquanto a configuração 4-20 mA/0-20 m 3 /h é melhor para aplicações em pequenas distâncias. É correto apenas o que se afirma em

Um ambiente termicamente confortável é uma das condições que devem ser consideradas em projetos de edificações.. A fim de projetar um ambiente interno com temperatura de 20°C para uma temperatura externa média de 35°C, um engenheiro considerou, no dimensionamento, um fluxo de calor através de uma parede externa de 105 W/m 2 , conforme ilustra a figura abaixo.

A tabela a seguir apresenta os valores da condutividade térmica para alguns materiais de construção. A fim de se obter a temperatura interna desejada, qual deve ser o material selecionado, entre os apresentados na tabela acima, para composição da parede externa?

Um processo que envolve uma antena pode ser representado pelo sistema de 3ª. ordem apresentado na figura I. A figura II apresenta o lugar das raízes desse sistema, em malha aberta, quando se varia o ganho K.

Considerando que o ganho K é positivo e pode variar de 0 a infinito, avalie as afirmações a seguir. I. Um sistema com 10 < K < 20 é estável. II. Para K = 60, o sistema é criticamente amortecido. III. Existe um valor de K que torna o sistema marginalmente estável. IV. O sistema com K = 30 apresenta resposta temporal, para uma entrada em degrau unitário, com oscilações constantes e de mesma amplitude. É correto apenas o que se afirma em

Considere o sistema de controle de um processo industrial descrito pelo diagrama de blocos apresentado na figura abaixo: No diagrama, X(s), Y(s), E(s), U(s), P(s) e R(s) representam, respectivamente, os sinais de referência, saída, erro, ação de controle, perturbação na entrada da planta e ruído de medição. G(s) é a função de transferência da planta a ser controlada.

Os demais blocos constituem o controlador, que é descrito pelas seguintes funções de transferência: em que T1, T2 , ? e K são as constantes não nulas sintonizadas pelo projetista do sistema de controle. Considere que, nos testes, durante o comissionamento do sistema, verificou-se que a aplicação de um sinal de referência x(t) do tipo degrau resulta em uma ação de controle u(t) com um elevado pulso imediatamente após a aplicação do degrau. Esse pulso é inadequado para o processo, pois causa fadiga precoce do atuador. Para contornar esse problema, é necessário

O sistema de distribuição de peças mostrado na figura I é composto por uma esteira de entrada de peças (E1), uma esteira de distribuição de peças (E2), duas esteiras de saída (E3 e E4), e dois cilindros pneumáticos de ação simples com posição de repouso recuado (C1 e C2). As esteiras de saída E3 e E4 estão sempre ligadas. O sistema deve funcionar de forma que as peças devem ser distribuídas para as esteiras de saída E3 e E4, alternadamente, isto é, quando uma peça é empurrada pelo cilindro C1, a próxima deve ser empurrada pelo cilindro C2, e vice-versa. A primeira peça que entra no sistema deve ser distribuída para a esteira E3. Os sinais binários do sistema são apresentados no quadro 1 e a figura II apresenta o diagrama Ladder que controla o sistema, em que a linha 3 está omitida.

Com base nas informações apresentadas, conclui-se que a linha 3 que completa o código corretamente no diagrama é

As redes de comunicação são essenciais para o processo de automação industrial. Existem diversos tipos de rede, as quais se diferenciam em alguns aspectos, como topologia de conexão, tipos de dispositivos aos quais se conectam e velocidade de transmissão, entre outros. São exemplos de redes industriais: ASI, HART, DeviceNet, Profibus, Ethernet. Não existe uma rede certa ou errada, mas, sim, uma rede mais apropriada para determinada aplicação. De acordo com o tipo de dispositivo que as redes conectam, elas são classificadas em Sensorbus, DeviceBus, FieldBus e Databus. A figura abaixo apresenta um esquema da faixa de aplicação das redes.

Em relação à classificação das redes de comunicação para automação, avalie afirmações a seguir. I. As redes Sensorbus são de baixo custo, utilizadas para a comunicação de sensores e atuadores discretos, contemplando distâncias pequenas. II. As redes Devicebus conectam dispositivos como CLPs, controladores, sistemas de medição inteligentes, drivers e outros dispositivos que se comunicam por dados em formato de bytes. III. As redes Fieldbus conectam dispositivos microprocessados e podem transmitir vários tipos de dados: discretos, analógicos, parâmetros, programas e informações de usuários. IV. As redes Fieldbus são mais apropriadas para aplicações de controle de processos distribuídos porque possuem alta taxa de transmissão de dados. É correto apenas o que se afirma em

Um detector de fumaça é uma câmara formada por dois compartimentos nos quais são inseridas duas células fotocondutoras, que são elementos cuja resistência varia com a luminosidade, e uma fonte de luz, conforme ilustra a figura I. Em condições normais, os raios de luz provenientes da fonte atingem as duas células igualmente. Na ocorrência de um incêndio, apenas a câmara inferior será preenchida pela fumaça e, assim, a luminosidade na célula será alterada, causando mudança na sua resistência. O circuito do detector de fumaça é mostrado na figura II, no qual existe uma ponte de Wheatstone. Em condições normais, as resistências das duas células são iguais e o circuito está equilibrado, de modo que a tensão Vab é nula. Na presença de fumaça, as resistências das células fotocondutivas tornam-se diferentes e, assim, surge uma diferença de potencial entre os pontos a e b. Se essa tensão for maior que um valor pré- estabelecido, um relé será acionado, o que por sua vez, disparará um alarme.

Considerando o circuito e os dados da figura II, em que valor deverá ser ajustada a resistência variável R1 para que, em condições normais, a tensão Vab seja nula?

Uma indústria de blocos cerâmicos pretende utilizar queima de biomassa resultante de resíduos de madeira, para gerar energia térmica para seus fornos, que, atualmente, utilizam gás natural. Tal iniciativa poderá reduzir o consumo de combustível, porém será necessário um investimento no valor de 20% do consumo/ano atual de combustível, visando à adaptação dos fornos. Além disso, o transporte anual dos resíduos da fonte geradora até a indústria irá custar 5% do consumo/ano atual de combustível. Estima-se que essa alteração promova uma economia, no consumo/ano atual de combustível, de 10% ao ano. A partir da situação descrita, avalie as afirmações a seguir. I. A partir do quinto ano, a indústria começaria a ter benefícios econômicos. II. Na proposta apresentada, a indústria substituiria o combustível atual por uma fonte de energia com menor produção e emissão de partículas devido ao processo de combustão (particulados). III. Na proposta apresentada, a indústria substituiria o combustível atual por uma fonte renovável de energia. IV. O valor do investimento supera os benefícios promovidos com a economia de combustível durante os 5 primeiros anos. É correto apenas o que se afirma em

O soft-starter é um dispositivo eletrônico formado por seis tiristores, sendo utilizado para a partida de motores de indução em gaiola. O diagrama a seguir ilustra uma aplicação desse dispositivo. Considerando o diagrama acima e os princípios de funcionamento de uma máquina de indução, avalie as afirmações a seguir. I. A finalidade principal do soft-starter é reduzir a corrente de partida em motores de indução em gaiola. II. A configuração do diagrama permite utilizar o soft-starter para realizar a frenagem do motor de indução. III. O soft-starter também pode ser utilizado par a controlar a velocidade do motor de indução em gaiola para aplicações em servomecanismos. IV. Para realizar a partida suave do motor, o soft-starter varia a frequência da tensão aplicada ao motor, iniciando em 0 Hz (máquina parada) e aumentando gradativamente até atingir a frequência nominal. É correto apenas o que se afirma em

A DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio) de uma amostra de água é a quantidade de oxigênio necessária para oxidar a matéria orgânica por decomposição aeróbia. Quando a amostra é guardada por 5 dias em uma temperatura de incubação de 20°C, ela é referida como DBO5,20, que é normalmente utilizada como um dos parâmetros para verificação da qualidade da água. O seguinte quadro classifica um curso d'água em função da sua DBO5,20 A imagem abaixo mostra um trecho de um rio com 5 seções (X, Y, Z, W e T), em que são coletadas amostras de água para a determinação de DBO5,20 em laboratório.

O quadro abaixo apresenta os resultados, em diferentes unidades, das amostras colhidas. Considerando que pode ocorrer autodepuração no rio, em qual seção dele a água não pode ser classificada, no mínimo, como "razoável"?

Observe o programa classificador ("sort"), em pseudocódigo, apresentado abaixo.

Esse programa classifica, em ordem

Um engenheiro de controle e automação necessita especificar um transdutor de temperatura para um projeto de controle automático de um forno. É requisito de projeto que o controlador lógico programável (CLP) esteja localizado na sala de comando, a qual está a uma distância de 300 metros do forno. Nesse contexto, considerando-se que o engenheiro escolheu um transdutor com transmissão no padrão 4 mA a 20 mA, avalie as seguintes asserções e a relação proposta entre elas. I. A transmissão de sinal de transdutores distantes do CLP é mais segura no padrão 4 mA a 20 mA, que nos padrões 0 V a 5 V ou 0 mA a 20 mA. PORQUE II. No padrão 4 mA a 20 mA é possível identificar perda de sinal nos cabos de transmissão, como, por exemplo, em problemas de rompimento de cabo ou desconexão com o CLP. A respeito dessas asserções, assinale a opção correta.

Denominam-se cargas os elementos de um circuito elétrico que se opõem à passagem de corrente elétrica. Essencialmente, distinguem-se três tipos de cargas: resistivas, capacitivas e indutivas. As cargas resistivas dissipam energia, enquanto as puramente capacitivas ou puramente indutivas são consideradas armazenadoras de energia. Se o circuito mostrado acima é alimentado por uma fonte de tensão contínua de 12 V e as lâmpadas são de 12 V/6 W, observa-se que, em regime permanente,

Um engenheiro de controle e automação, responsável por gerenciar a instalação de um sístena de controle de um reservatório de água quente de um hospital, deve assessorar a equipe encarregada de sua montagem. A malha de controle do tanque de aquecimento está representada na figura abaixo. Com base na análise do diagrama de instrumentação e controle, escolha a opção em que as variáveis manípuladas (MV) e as variáveis de processo (PV) estão corretamente relacionadas na forma MV / PV para uma mesma malha de controle.

Na modelagem um sistema linear invariante no tempo estável, foi levantada a sua resposta em frequência, obtendo-se os seguintes diagramas de Bode: A função de transferência que melhor representa o sistema é

O alumínio aeronáutico possui uma combinação única de propriedades que o torna um material de construção versátil, altamente utilizável e atrativo. Essas características são devidas a quais propriedades?