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ID
1373599
Banca
CESGRANRIO
Órgão
Petrobras
Ano
2014
Provas
Disciplina
Engenharia Química e Química Industrial
Assuntos

Um tanque cilíndrico tem uma corrente de entrada e uma corrente de saída de líquido com massa específica constante ρ. A vazão volumétrica de saída é dada por Fo = h/R onde h é o nível de líquido no tanque, e R é o parâmetro da resistência da válvula na corrente de saída.
Um diagrama de Bode foi construído para esse processo, admitindo-se variações senoidais na vazão de entrada e acompanhando-se a resposta do nível para diferentes frequências. Desse diagrama, obteve-se que a razão de amplitudes (RA) vai para 10 quando a frequência vai para zero, e que, no ângulo de fases igual a -π/4 rad, a frequência vale 10-2 rad/s.

De acordo com essas informações, a área, em m2 , da seção transversal do tanque é

Alternativas
Comentários
  • Alguém sabe resolver essa questão?

  • Gostaria de saber se alguém conseguiu resolver essa questão?

  • Se encontrar a função de transferência para esse processo veremos que ele é de primeira ordem.

    Para processos de primeira ordem, segundo o Diagrama de Bode temos que para uma frequência w = 0, a razão de amplitude é igual a uma constante. Pelo enunciado para w = 0 a razão de amplitude RA = 10.

    Ainda para processos de primeira ordem, quando o ângulo de fases é igual a 45 graus a frequência (frequência de quebra) é 1/(constante de tempo). Pelo enunciado para um ângulo de fase de 45 graus a frequência é 0,01. Logo:

    wq = 1/(tau)

    tau=1/wq

    tau=1/0,01

    tau=100

    Pelo modelo matemático: tau = área x RA

    área = tau/RA

    área =100/10 = 10 m²

  • Natalia, não entendi algumas coisas, se puder esclarecer, ficaria grato:

    - Como sei que esse sistema é de primeira ordem?

    - De onde vem esse modelo matemático, é padrão?

  • 1º Realizei um Balanço de Massa:

    rô.fo - rô.(h/R) = d (rô.A.h) / dt  --> massa que entra - m que sai = variação (rô é a densidade)

    R.A.H(t)/dt + H(t) = R.Fo(t)  --> encontra-se isso depois de manipular algebricamente e eliminar rô

    R.A.s.H(s) + H(s) = R.Fo(s) --> passando para o domínio de s

    H(s)/Fo(s) = R / (R.A.s + 1) --> Forma padrão de um sistema de 1ª ordem

    Para processos de primeira ordem, segundo o Diagrama de Bode temos que para uma frequência w = 0, a razão de amplitude é igual a uma constante. Pelo enunciado para w = 0 a razão de amplitude RA = 10. Ainda para processos de primeira ordem, quando o ângulo de fases é igual a 45 graus a frequência (frequência de quebra) é 1/(constante de tempo). Pelo enunciado para um ângulo de fase de 45 graus a frequência é 0,01. 

    G1 = R e G2 = (R.A.s + 1) --> para facilicar o entendimento

    RA = |G1| / |G2| = (R^2)^1/2 / (R^2.A^2.w^2 + 1)^1/2 = R --> substituindo w = 0; R = 10

    wq (frequência de quebra) = 0,01 = 1/tau --> comparando-se os modelos tem-se que tau = R.A (isso não é a Razão de Amplitude e sim a Resistência x Área)

    tau = 100 --> A = 100/10 = 10

    Espero que esteja claro.

  • Márcia, você e a Natália estão salvando em controle.

    Eu entendi quase todo o passo-a-passo, só não entendi essa parte:

    RA = |G1| / |G2| = (R^2)^1/2 / (R^2.A^2.w^2 + 1)^1/2 = R --> substituindo w = 0; R = 10

    Eu vi que você tirou o módulo, do numerador e do denominador, só não entendi porque. É uma fórmula para calcular o razão de amplitudes?

    E também a substituição do s por w, é procedimento padrão?

    Se ainda tiverem paciência e tempo para explicar, seria legal.

  • Pode ser útil para mais alguém:

    1) Aplicar balanço de massa e modelar a altura do reservatório

    2) Aplicar a transformada de Laplace e identificar que é de primeira ordem, com ganho igual a R e constante do tempo igual a A.R (que não é o RA do enunciado)

    3) Lembrar do método resposta frequência (estabilidade de malhas de controle) -> Observa-se a resposta do sistema à uma entrada senoidal (x(t) = x0 * sen (w*t).

    4) Quando o sistema é de primeira ordem, a razão de amplitude (RA = y0/x0), em que y0 é o valor de y quando t vai para infinito é RA = tau / sqrt (1 + w²tau²), que neste caso se torna RA = R / sqrt (1 + w² * (A.R)²)

    5) Lembrar que theta = -tg (w * tau) é o ângulo de fase, então quando theta = -pi/4, w * tau = tg (pi/4) = 1

    6) Armar o sistema e isolar primeiro R = 10 e depois 1/AR = 1/100, então AR = 100, então A = 10 m²