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ENC 2003 ENGENHARIA ELÉTRICA 1
Instruções 1- Você está recebendo o seguinte material: a) este caderno com o enunciado das 5 (cinco) questões comuns a todos os formandos e de outras 15 (quinze) questões específicas, das quais você deverá responder a 3 (três), à sua escolha, e das questões relativas às suas impressões sobre a prova, assim distribuídas:
- Para facilitar a distribuição, os valores indicados em cada questão somam 10,0 pontos. Após a correção, será feito o ajuste para o valor 12,5, de forma a que o total da prova corresponda a 100,0.
b) 01 Caderno de Respostas em cuja capa existe, na parte inferior, um cartão destinado às respostas das questões relativas às impressões sobre a prova. O desenvolvimento e as respostas das questões discursivas deverão ser feitos a caneta esferográfica de tinta preta e dispostos nos espaços especificados nas páginas do Caderno de Respostas.
2 - Verifique se este material está em ordem e se o seu nome no Cartão-Resposta está correto. Caso contrário, notifique imediatamente a um dos Responsáveis pela sala.
3 - Após a conferência do seu nome no Cartão-Resposta, você deverá assiná-lo no espaço próprio, utilizando caneta esferográfica de tinta preta.
4 - Esta prova é individual. Você pode usar calculadora científica; entretanto são vedadas qualquer comunicação e troca de material entre os presentes, consultas a material bibliográfico, cadernos ou anotações de qualquer espécie.
5 - Quando terminar, entregue a um dos Responsáveis pela sala o Cartão-Resposta grampeado ao Caderno de Respostas e assine a Lista de Presença. Cabe esclarecer que nenhum graduando deverá retirar-se da sala antes de decorridos 90 (noventa) minutos do início do Exame. Após esse prazo, você poderá sair e levar este Caderno de Questões.
ATENÇÃO: Você poderá retirar o boletim com seu desempenho individual pela Internet, mediante a utilização de uma senha pessoal e intransferível, a partir de novembro. A sua senha é o número de código que aparece no lado superior direito do Cartão-Resposta. Guarde bem esse número, que lhe permitirá conhecer o seu desempenho. Caso você não tenha condições de acesso à Internet, solicite o boletim ao INEP no endereço: Esplanada dos Ministérios, Bloco L, Anexo II, Sala 411 - Brasília/DF - CEP 70047-900, juntando à solicitação uma fotocópia de seu documento de identidade.
6 - Você terá 04 (quatro) horas para responder às questões discursivas e de impressões sobre a prova.
OBRIGADO PELA PARTICIPAÇÃO!
Nos^ das Questões 1 a 5 6 a 20 1 a 13
Partes Questões comuns Questões específicas Impressões sobre a prova
N os^ das pp. neste Caderno 2 a 6 8 a 25 26
Valor de cada questão 12,5* 12,5* —
CADERNO
DE
QUESTÕES
ENGENHARIA ELÉTRICA
Ministério da MEC Educação Diretoria de Estatísticas e AvaliaçãoDAES da Educação Superior Instituto Nacional de Estudos e INEP Fundação Cesgranrio/Fundação Carlos Chagas Consórcio Pesquisas Educacionais "Anísio Teixeira"
ENGENHARIA ELÉTRICA 2 ENC 2003
Um dispositivo muito útil nos carros modernos é o desembaçador de vidro traseiro. Ele é composto por condutores pintados sobre o vidro, usando tinta resistiva. A figura abaixo mostra o desenho do vidro traseiro com as dimensões da rede e, ao lado, o circuito equivalente. Ignore a resistência da fiação que liga a bateria aos pontos C e D.
Para cumprir uma exigência do projeto, é necessário que os segmentos AB , CD , EF , CA , CE , DB , (^) DF dissipem a mesma potência por unidade de comprimento. Considerando essa dissipação igual a 1 W/cm, calcule:
a) o valor do resistor R1; (valor: 3,0 pontos) b) os valores dos resistores R2 e R3; (valor: 5,0 pontos) c) a resistência equivalente entre os pontos C e D. (valor: 2,0 pontos)
A
R
R
R
12V
R
R
R
R
B
C
E F
D
VIDRO TRASEIRO
A
C
E
0,25 m
0,25 m F
D
B
0,25 m
0,25 m
1,0 m
1,0 m
1,0 m
ENGENHARIA ELÉTRICA 4 ENC 2003
(^0 2610 14) Tensão (V)
Corrente (A)
1
3
5
7
Trabalhando num laboratório de medidas, um engenheiro teve de solucionar dois problemas.
a) Problema 1
Trata-se de um problema muito comum: medir o valor de um componente sem removê-lo do circuito, isto é, obter a medida do resistor R 1 , como mostrado nas duas figuras abaixo.
O engenheiro usou inicialmente o método M 1 que, conforme mostra a primeira figura, consiste em simplesmente medir com um ohmímetro a resistência nos terminais de R 1 , mas concluiu que a medida obtida era falsa.
Ele optou, então, pelo método M 2 que consiste em usar um amplificador operacional, um resistor R (^) f conhecido e uma fonte de sinal V (^) i compatível com o circuito.
Explique por que o método M 1 pode gerar uma medida falsa, por que o método M 2 é correto e, para este método, determine a expressão para o resistor R 1. (valor: 5,0 pontos)
b) Problema 2
Foi levantada a curva corrente x tensão de um gerador fotovoltaico, como mostra a figura.
Com base nos dados da curva, calcule, com valores aproximados, a potência máxima ( P (^) max ) que o gerador pode fornecer e a carga resistiva ( R (^) L ) que permite a operação do gerador no ponto de máxima potência. (valor: 5,0 pontos)
Circuito Eletrônico
Ohmímetro
R
R
2
1
B
C
A
W
Método M (^1) Método M (^2)
Circuito Eletrônico
R
V
V R
R 2
i
O 1
f
B
C
A
ENC 2003 ENGENHARIA ELÉTRICA 5
O circuito a seguir realiza, através da eletrônica analógica, um sistema em malha fechada.
a) Calcule as expressões de K e T em termos dos componentes passivos do circuito, para que o diagrama de blocos a seguir represente o comportamento saída / entrada do circuito. Considere os amplificadores operacionais ideais. (valor: 5,0 pontos)
b) Calcule a Função de Transferência
( ) ( ) ( )
Y s F s U s
=. (valor: 3,0 pontos)
c) Analise a estabilidade do sistema em função do resistor R 1. (valor: 2,0 pontos)
Dados / Informações Técnicas
Para o circuito abaixo, tem-se (^2 )
( ) ( ) ( ) ( )
s e
Z s V s V s Z s
= −
V 2
V 1
Zs
Ze
U(s) Y(s)
1 s
K
R
R
R
R 1
R
R 2 R
R 2
C 2
R
+ +-^ -
u(t) y(t)
z(t) (^) x(t) w(t)
ENC 2003 ENGENHARIA ELÉTRICA 7
A T E N Ç Ã O!
1 – A seguir, serão apresentadas as questões de números 6 a 20, relativas às matérias de Formação Profissional Específica,
distribuídas de acordo com as seguintes ênfases:
ELETROTÉCNICA: Questões 6, 7 e 8
ELETRÔNICA: Questões 9, 10 e 11
TELECOMUNICAÇÕES: Questões 12, 13 e 14
COMPUTAÇÃO: Questões 15, 16 e 17
AUTOMAÇÃO E CONTROLE: Questões 18, 19 e 20
2 – Deste conjunto, você deverá responder a apenas 3 (três) questões, que deverão ser livremente selecionadas por você,
podendo, inclusive, ser de ênfases (especialidades da Engenharia Elétrica) diferentes.
3 – Você deve indicar as 3 (três) que escolheu no local apropriado no Caderno de Respostas.
4 – Se você responder a mais de 3 (três) questões, só serão corrigidas as três primeiras respostas.
ENGENHARIA ELÉTRICA 8 ENC 2003
6 - ELETROTÉCNICA
Os conversores de eletrônica de potência empregam dispositivos semicondutores que operam no corte ou na saturação. Considere que estes dispositivos são tratados como chaves ideais e os conversores, como uma caixa de chaves operando repetitivamente conectando fontes com cargas, conforme sugerem as figuras abaixo. Dois, dos cinco circuitos apresentados na figura, violam as leis fundamentais de circuitos elétricos. Para cada um dos cinco circuitos, apresente uma justificativa para a violação, ou não, das referidas leis.
CHAVES (^) CARGA
E
L
C1 R
FONTE
CHAVES CARGA
E
C1 R
FONTE
CHAVES CARGA
E
L
C1 R
FONTE
CHAVES CARGA
E
L1 L
C1 R
FONTE
CHAVES
CARGA E (^) L1 R
FONTE
circuito 1
circuito 2
circuito 3
circuito 4
circuito 5
ENGENHARIA ELÉTRICA 10 ENC 2003
8 - ELETROTÉCNICA
Nos circuitos trifásicos simétricos e equilibrados a quatro fios, que alimentam cargas lineares, as correntes que circulam pelas fases são senoidais, defasadas de 2π/3 radianos, e oscilam na freqüência nominal da rede de alimentação. Com isso, a corrente que circula pelo neutro é nula. Atualmente, em algumas instalações comerciais com elevado número de computadores, reatores eletrônicos e outras cargas com característica não linear, o espectro de freqüência das correntes que circulam pelas fases possuem, também, componentes com freqüências harmônicas. Admita que a corrente que circula pela fase 'a' de um circuito trifásico simétrico e equilibrado, alimentando uma carga não linear, tenha a forma do gráfico abaixo.
As correntes das duas outras fases estão defasadas de 120 graus em relação a esta corrente e possuem a mesma forma de onda e amplitude B.
b) Esboce um gráfico da corrente que circula pelo neutro, indicando a amplitude e o período dessa corrente. (valor: 3,0 pontos)
c) Determine a ordem das freqüências harmônicas presentes na corrente de neutro. Justifique sua resposta. (valor: 3,0 pontos)
d) Determine o valor eficaz das correntes de fase e da corrente de neutro. (valor: 3,0 pontos)
Dados / Informações Técnicas
Sinais com simetria de meia onda, ou seja, v (ωt) = − v (ωt+π) , apresentam apenas harmônicos de ordem ímpar.
O valor eficaz de um sinal v(t) de período T é dado por: Veficaz = (^) ∫
T (^2) 0
(^1) (t) dt T
v .
π (^2) π 3 π
+ B
− B (^120) π t (rad)
ia (A)
a) Esboce um gráfico para cada corrente de fase. ( valor: 1,0 ponto )
ENC 2003 ENGENHARIA ELÉTRICA 11
VCO
(Oscilador Controlado à Tensão)
f (^) OL
Divisor de Freqüência Digital 20
Divisor de Freqüência Digital Fixo 128
Oscilador a Cristal em 1,28 MHz
Comparador de Fase
Y
Divisor de Freqüência Digital Programável N
9 - ELETRÔNICA
Um receptor para radiodifusão sonora em FM utiliza a técnica de laço de fase amarradaPhase-Locked Loop (PLL) para permitir a sintonia das diversas emissoras. O diagrama de blocos a seguir apresenta um sintonizador com base em PLL, onde o N é programado para um dado canal.
a) Determine a faixa de valores de N no divisor de freqüência digital programável que permite a sintonia de todas as emissoras. (valor: 6,0 pontos) b) Explique a razão principal pela qual é empregado um oscilador a cristal como referência para o comparador de fase. (valor: 2,0 pontos) c) Identifique o estágio Y. (valor: 2,0 pontos)
Dados / Informações Técnicas
- A faixa de operação da radiodifusão sonora em FM é de 87,9 MHz a 107,9 MHz, com 100 canais de 200 kHz de largura de banda.
- A tabela abaixo mostra a banda do canal, os valores das freqüências geradas pelo PLL (f (^) OL ) e os valores das freqüências de operação (f (^) OP ) dos canais de radiodifusão sonora FM.
CANAL
1 2 3...
87,9 a 88, 88,1 a 88, 88,3 a 88, . . . 107,5 a 107, 107,7 a 107,
. . . 107, 107,
. . . 118, 118,
FAIXA (MHz) f^ OP (MHz)^ f^ OL (MHz)
ENC 2003 ENGENHARIA ELÉTRICA 13
11 - ELETRÔNICA
A figura apresenta o diagrama de blocos de uma câmera fotográfica acionada por um controlador digital para o qual foi proposta a seguinte lógica:
A experimentação da câmera, entretanto, indicou que havia erros no projeto.
a) Indique a condição lógica de entrada para a qual o controlador digital apresenta um erro no comando doflash. (valor: 3,0 pontos)
b) Indique a condição lógica de entrada para a qual o controlador digital apresenta um erro no comando do obturador. (valor: 3,0 pontos)
c) Obtenha as expressões de Obt e Fls para o projeto corrigido do controlador digital, empregando Mapas de Karnaugh. (valor: 4,0 pontos)
Dados / Informações Técnicas
- Enquanto a máquina estiver ligada, o circuito de carga doflash estará acionado.
- O símbolo ⊕ indica operação ou - exclusivo.
- Mapa de Karnaugh a ser utilizado na solução:
- Obturador é o dispositivo que abre para entrada de luz na câmera quando o botão de disparo é acionado.
- O carregamento doflash é iniciado automaticamente após o disparo.
- Oflash não pode disparar e o obturador não pode ser acionado quando a objetiva estiver tampada.
- Oflash só pode disparar quando a luminosidade do ambiente for insuficiente.
F=
F=
C=
C=
Luz insuficiente Luz suficiente Flash sem carga Flash carregado
B= B= P= P=
Botão não acionado Botão acionado Sem protetor Com protetor
FB
PC
Fls = F ⋅ B C ⋅ (^) Obt =P⋅B⋅( F⊕C)
Obt= Obt=
Não aciona o obturador Aciona o obturador
Fls = 0 Fls = 1
Não aciona oflash Aciona oflash
Fotômetro
Circuito de
Carga do
Flash
Botão de
Disparo
Controlador
Digital
F
B
C
Obturador
Flash
Obt
Fls
Protetor da
Objetiva
P
(Tampa)
ENGENHARIA ELÉTRICA 14 ENC 2003
12 - TELECOMUNICAÇÕES
Um sistema digital de comunicação de dados com sinalização ternária é estabelecido entre um satélite geoestacionário e uma estação terrena, na freqüência de operação de 4,0 GHz. Sendo a potência de saída do transmissor do satélite de 100 W, determine:
a) o ganho, em dB, da antena transmissora do satélite, em relação à antena isotrópica; (valor: 1,0 ponto)
b) o máximo valor dataxa de bits C capaz de garantir, na entrada do receptor da estação terrena, uma relação mínima E (^) b /N (^) o (energia de bit / densidade espectral de potência de ruído) de 10 dB. (valor: 9,0 pontos)
Dados / Informações Técnicas
- Distância entre o satélite e a estação terrena: d = 36.000 km.
- Potênciaefetivamente irradiada pelo satélite: P (^) ERP = 37 dBW.
- Ganho da antena receptora da estação terrena: G (^) R = 39 dBi.
- Temperatura de ruído na entrada do receptor: TR = 300 K.
- Constante de Boltzmann: kB = 1,38 x 10−^23 (W/Hz)/ K.
- Sinalização ternária: 8 níveis.
- Perda básica (perda em espaço livre): L (^) (dB) = 32,44 + 20 log d (^) (km) + 20 log f (^) (MHz).
- Densidade espectral de potência de ruído aditivo branco gaussiano: No = kB T , em W /Hz, onde T é a temperatura em Kelvin.
- Energia de bit: Eb = S.D , onde S é a potência do sinal e D é a duração do bit.
ENGENHARIA ELÉTRICA 16 ENC 2003
14 - TELECOMUNICAÇÕES
Um enlace de dadoshalf-duplex opera com base em um protocolo síncrono cujo bloco é representado pelo seguinte quadro:
O protocolo funciona da seguinte maneira:
- para cada bloco transmitido resulta, obrigatoriamente, um retorno de dados, com apenas 8 bytes, chamadoacknowledge, para informar se o bloco foi recebido como correto (ACK) ou como incorreto (NAK);
- se oacknowledge indicar que o bloco foi recebido como incorreto (NAK), deverá haver uma nova transmissão deste mesmo bloco.
Determine:
a) o tempo total para a transmissão completa de 8.000 blocos, sob as condições do protocolo descrito, supondo que todos os blocos tenham sido recebidos como corretos (ACK); (valor: 6,0 pontos)
b) o tempo total para a transmissão de 8.000 blocos, sob as condições do protocolo descrito, para uma taxa de erros de bloco BLER de 1,0 %; (valor: 2,0 pontos)
c) o valor da taxa de transferência de bits de informação TTBI para a transmissão de 8.000 blocos, considerando a taxa de erros de bloco BLER nula. (valor: 2,0 pontos)
Dados / Informações Técnicas
- Todos os blocos transmitidos pela segunda vez são recebidos como corretos (ACK).
- Em cada um dos dois sentidos de propagação ocorre um retardo de tempo adicional de 10 ms entre a transmissão de cada bloco, incluindo os de informação, ACK e NAK.
- Distância entre os terminais: d = 10.000 km.
- Velocidade de propagação: v = 250.000 km/s.
- Taxa de bits para a transmissão do bloco: C (^) B = 9.600 bps.
- Taxa de bits para a transmissão doacknowledge: C (^) A = 4.800 bps.
- Taxa de erros de bloco BLER: BLER = número de blocos errados / número total de blocos transmitidos.
- Taxa de transferência de bits de informação TTBI: TTBI = total de bits de informação transmitidos / tempo total gasto para a transmissão.
início de quadro
início de texto
fim de texto
fim de sincronismo quadro
1 byte 4 bytes 1 byte^ 200 bytes 1 byte 2 bytes 1 byte
texto (informação)
verificação de erro do quadro
ENC 2003 ENGENHARIA ELÉTRICA 17
15 - COMPUTAÇÃO
No algoritmo a seguir, as variáveis HENRY e FARAD recebem valores por meio da passagem de parâmetros por valor e por referência, respectivamente.
Algoritmo ELETRIC2003; Variáveis VOLT, AMPERE : numérico; Procedimento CIRCUITO(HENRY:numérico;var FARAD:numérico); Início-do-procedimento Variável MAXWELL : lógica; Atribuir 3 a HENRY; Atribuir 7 a FARAD; Atribuir FALSO a MAXWELL; Repetir Atribuir (HENRY – 1) a HENRY; Atribuir (FARAD – HENRY) a FARAD; Se HENRY = 0 então Atribuir VERDADEIRO a MAXWELL; Até que MAXWELL; Fim-do-procedimento
{ Corpo do algoritmo }
Início Atribuir 8 a VOLT; Atribuir 2 a AMPERE; CIRCUITO(VOLT, AMPERE); imprimir(VOLT,AMPERE); Fim-algoritmo.
a) Indique, justificando, os valores que as variáveis VOLT e AMPERE assumirão após a execução do algoritmo. (valor: 6,0 pontos)
b) Apresente um algoritmo para o procedimento CIRCUITO, substituindo a estrutura de controle Repetir ... Até que pela estrutura Enquanto ... Faça. (valor: 4,0 pontos)
ENC 2003 ENGENHARIA ELÉTRICA 19
17 - COMPUTAÇÃO
Você é o engenheiro contratado para integrar o Suporte Técnico de Informática de uma empresa e tem como atribuição apresentar soluções para a modernização dos recursos existentes no ambiente de trabalho, no que diz respeito às tendências de mercado relacionadas aos componentes dehardware e desoftware.
a) Analise as configurações I, II e III, apresentadas abaixo, e indique, justificando, aquela(s) que possui(em) maior capacidade de armazenamento de informações em disco rígido. (valor: 4,0 pontos)
b) Conceitue os barramentosUSB eFirewire e faça uma análise comparativa dos dois, considerando os seguintes aspectos: topologia de conexão, iniciador / alvo, disponibilidade comercial nos equipamentos e taxas de transferência. (valor: 5,0 pontos)
c) Indique, justificando, se é possível instalar o sistema operacionalWindows XP Professional nas configurações I, II e III. (valor: 1,0 ponto)
Dados / Informações Técnicas
O quadro a seguir apresenta as configurações I, II e III para microcomputadores.
**- 32 MB DIMM RAM
- CD-ROM 52X
- Barramento USB versão 1.
- HD com as seguintes características:** 38792 cilindros, 16 cabeçotes, 63 setores - 128 MB DDR RAM - Barramento USB versão 1. - HD com as seguintes características: 38792 cilindros, 24 cabeçotes, 126 setores - 256 MB DDR RAM - CD_RW de 48X - Barramento USB versão 2. - HD com as seguintes características: 19396 cilindros, 32 cabeçotes, **126 setores Componentes comuns nas configurações:
- Placa-mãe “Asus”
- Processador Pentium IV 1.70 GHz
- Fax/Modem 56k V.
- Placa de rede 10/100 MBonboard
- Interface para redes sem fio
- Drive de 3 ½ pol – 1.44 MB
- Interfaces serial e paralela
- Gabinete ATX
- Monitor de Vídeo de 15 pol
- Teclado
- Mouse**
CONFIGURAÇÕES
I II III
Obs: Cada setor corresponde a 512 bytes
ENGENHARIA ELÉTRICA 20 ENC 2003
18 - AUTOMAÇÃO E CONTROLE
O diagrama em blocos da figura corresponde ao modelo de um sistema de controle de velocidade de um motor CC. A Função de
Transferência do motor foi obtida a partir de um ensaio de malha aberta, desprezando sua constante de tempo elétrica τ (^) E , considerada
muito pequena, se comparada à constante de tempo mecânica τ (^) L = 0, 5segundo.
a) Projete um controlador proporcional-integral do tipo C ( s ) K^ (1^ Ts )
s
= + , para que o sistema apresente:
- o erro em regime permanente nulo, para entrada de referência em degrau;
- a Função de Transferência de malha fechada de 1ª ordem;
- o tempo de acomodação a 5% do valor final t (^) r 5% ≅ 0,1segundo. (valor: 3,0 pontos)
b) Um ensaio realizado no sistema, com referência em degrau unitário R ( s )^1 s
= e considerando o controlador C ( s ) 1, 56 (1^ 0 , 50^ s )
s
revelou uma resposta ω ( ) t como mostrado no gráfico, onde se observa um sobressinal (overshoot) de 25% e um tempo de acomodação t (^) r 5% ≅ (^) 0, 6segundo. Considerando que este controlador emprega a técnica de cancelamento de pólos e zeros, o que, para o modelo considerado, acarretaria uma Função de Transferência de 1ª ordem, apresente uma justificativa razoável para o resultado oscilatório exibido no gráfico. Identifique a constante de tempo elétrica τ^ E do motor. (valor: 4,0 pontos)
R(s) 10 W(s)
C(s) 1 + 0,5s
+ S
tempo (s)
velocidade (rad/s)
Resposta ao degrau unitário
