ISEP - DM – Engenharia Mecânica
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Browsing ISEP - DM – Engenharia Mecânica by Field of Science and Technology (FOS) "Engenharia e Tecnologia"
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- Adaptação da geometria do corpo de uma mira para construção em material compósitoPublication . Pereira, João Carlos Vieira; Silva, João Francisco Machado Gomes daO mercado das miras telescópicas encontra-se em constante evolução. As empresas procuram sempre a próxima vantagem competitiva através de inovações nos seus produtos. Uma forma de dar um passo em frente do mercado passa por utilizar processos de fabrico e materiais alternativos para os corpos das miras. Desta forma, pretende-se compreender a viabilidade da construção do corpo de uma mira telescópica em material compósito. A alteração na construção revela-se desafiante devido às geometrias do corpo e as dimensões rigorosamente toleranciadas do mesmo. Assim, efetuou-se um estudo da mira telescópica e os parâmetros que devem ser garantidos, com posterior definição de um processo de fabrico que possibilitasse a construção do corpo, bem como os materiais mais indicados a serem utilizados. Definiu-se a utilização do método de moldação com manga insuflável de tecido de fibra de carbono impregnado com resina de epóxido. Desenvolveram-se moldes e outros componentes cruciais ao fabrico do corpo e adquiriram-se materiais com o intuito de obter protótipos das peças. Existiram várias alterações no processo e nos seus componentes com o objetivo de otimizar o método até ser obtido o melhor corpo possível para as condições disponíveis. Da componente de prototipagem desta fase inicial do projeto retiraram-se corpos nos quais foram identificados pontos positivos e outros a melhorar. Foram encontrados obstáculos sobretudo no posicionamento das fibras e na manga utilizada para insuflação de ar que podem ser resolvidos, respetivamente, com a utilização de pré-impregnado e com a mudança do material e/ou construção da bexiga utilizada. Concluiu-se que os corpos extraídos não permitem a determinação da viabilidade da sua construção em material compósito, essencialmente pelos problemas relatados anteriormente. Porém, extraíram-se corpos que possuem características que tornam promissor este tema.
- Análise computacional para a avaliação da resistência ao fogo em elementos construtivos de suporte em aglomerado de madeira com proteçãoPublication . Pereira, Domingos de Araújo Moreira; Fonseca, Elza Maria MoraisA madeira representa um dos materiais mais utilizados pela humanidade há vários séculos e, desde muito cedo, tomou um lugar preponderante na engenharia e construção de edifícios. Com o desenvolvimento dos materiais de construção e da regulamentação relacionada com a segurança contra incêndio, a utilização de elementos em madeira tornou-se improvável. A madeira, sendo um material cujas propriedades variam consoante as condições de humidade, temperatura, carga, entre outros, é particularmente suscetível a alterações induzidas pelas elevadas temperaturas. Quando exposta a uma situação de incêndio, as propriedades da madeira degradam-se, fazendo com que ocorra a carbonização. A carbonização, apesar de garantir a proteção do núcleo interno da madeira, diminui a sua secção resistente, fazendo com que a resistência ao fogo dos elementos construtivos seja comprometida. A avaliação do comportamento da madeira sob condições de fogo é possível recorrendo a testes experimentais, modelos analíticos simplificados e, ainda, numéricos. De modo a colmatar eventuais dificuldades, na elaboração de testes experimentais e das aproximações realizadas aos métodos analíticos, os modelos numéricos permitem aumentar a verificação e a avaliação da resistência ao fogo de diferentes elementos construtivos em madeira de forma paramétrica. Assim, a presente dissertação aborda temáticas como as propriedades dos materiais em estudo, a ação do fogo e a sua relação com os elementos construtivos, bem como as metodologias realizadas por investigadores na avaliação da resistência ao fogo de elementos em madeira, considerando as normas europeias, eurocódigos, livros e estudos científicos sobre as diversas temáticas em função do principal objetivo dos três estudos realizados. O primeiro estudo apresenta um modelo numérico de validação experimental, aplicando o método dos elementos finitos. A validação dos resultados tem como base a evolução do campo de temperaturas, da carbonização e respetiva secção residual, assim como a aplicação do critério de isolamento térmico, de acordo com a norma EN 1363-1:2020. A metodologia utilizada permitiu obter um modelo numérico que verifica e se aproxima às condições existentes num ensaio experimental. Posteriormente, o segundo estudo consiste na avaliação da influência dos parâmetros geométricos associados aos modelos construtivos de suporte em madeira com proteção em gesso na resistência ao fogo. A metodologia aplicada permitiu concluir que, em simultâneo, uma menor distância entre centros, uma maior dimensão do montante de madeira em altura e largura, assim como uma maior espessura da placa de gesso, garantem um melhor desempenho da solução construtiva, quando exposta a condições de fogo padrão. Por último, no terceiro estudo apresentam-se duas aplicações analíticas de um método simplificado proposto, para a análise da resistência ao fogo de elementos construtivos de madeira protegidos com placas de gesso. A análise apresentou resultados inferiores ao expectável, reconhecendo que o método simplificado proposto adota um critério conservativo, quando comparado com os testes experimentais e análises numéricas obtidas.
- Análise das emissões de gases de efeito de estufa durante o ciclo de vida e o custo total de propriedade dos veículos elétricos a bateriaPublication . Vieira, Vasco da Silva Tavares; Ribeiro, Leonardo José da SilvaA Petibol, S.A. – Embalagens de plástico, é uma empresa cuja atividade sobressai na produção de plástico a partir da matéria-prima de Poliestireno Expandido (EPS) e Polipropileno Expandido (EPP). A aplicação deste material ocorre em diversas indústrias, tais como a eletrónica, alimentar, civil e, mais recentemente, desportiva. Ao longo da última década a empresa tem vindo a inovar-se e tem feito vários estudos na unidade industrial para identificar falhas e pontos a melhorar. Recentemente foi estudada a qualidade da água e a otimização dos seus consumos tal como os consumos de energia elétrica. Estes estudos contribuíram para a poupança de recursos da empresa e para menor pegada ambiental; a Petibol vê, de facto, a importância em continuar a investir neste tipo de análises à unidade industrial. A linha de vapor é neste momento o foco de estudo e inovação da unidade industrial. Neste estudo, primeiramente fez-se um levantamento de todo o circuito de vapor e respetivos consumíveis, o que permitiu concluir que seriam necessárias melhorias na instalação para adequá-la aos consumos e tarefas que lhe são exigidos. Após este levantamento, estudaram-se, teoricamente, todos os consumidores e produtores que integram a linha de vapor, que se compararam com valores reais obtidos mediante caudalímetros. Em seguida, com base na avaliação realizada na linha de vapor, averiguou-se o impacto da introdução de um novo consumidor de energia na linha de produção da Petibol. Com base nos consumidores atuais da empresa e na sua perspetiva de crescimento de produção será feito o dimensionamento ideal dos acumuladores de vapor e da caldeira. No final, será apresentada uma proposta de melhorias que seja capaz de garantir o bom funcionamento dos equipamentos, com a utilização mais eficiente uso de recursos.
- Análise de diferentes estratégias de evacuação de uma fábrica do setor da metalomecânicaPublication . Pedro, Ricardo Manuel Gomes; Ferreira, Luís Carlos Ramos Nunes PintoO desenvolvimento da indústria, especialmente na presente Quarta Revolução Industrial, conhecida por Indústria 4.0, obriga a um especial tratamento dos dados e inovação na forma de analisar conteúdo, explorar, identificar problemas e apresentar novas soluções. A simulação computacional surge como uma das grandes inovações da era. Esta permite a análise dos processos instalados e simular novas situações de acordo com as variáveis que se pretende explorar. Aliar esta ferramenta à importância que uma evacuação eficaz, rápida e segura que uma empresa deve ter, possibilita obter uma base científica para sugestões de melhorias a implementar. Nesta dissertação explora-se detalhadamente o processo de evacuação de uma empresa metalúrgica, a Metalocaima SA, através de uma simulação computacional. Através do software Pathfinder, foi possível analisar uma série de cenários diferentes de evacuação da fábrica. Foram estudadas diferentes combinações com as portas de saída da empresa, assim como o impacto que catástrofes naturais poderiam ter na evacuação dos ocupantes. Os resultados demonstraram a importância de ter sempre todas as portas de emergência livres e em funcionamento e que devem ser implementadas medidas preventivas para o caso de incêndios ou cheias no exterior da fábrica, de forma aos trabalhadores estarem prevenidos e que o tempo de evacuação seja o mais rápido possível. Este trabalho demonstrou como a simulação computacional é uma ferramenta com enorme potencial no apoio à decisão, assim como, na gestão da segurança e do processo de evacuação de uma indústria.
- Análise de juntas soldadas em aços de alta resistênciaPublication . Correia, António José da Rocha; Fernandes, Filipe DanielA utilização de aços na produção de estruturas metálicas e equipamentos, é algo profundamente entranhado na indústria dos dias de hoje. Por consequência, um dos principais processos de união destes materiais, se não mesmo o mais utilizado, é a soldadura. A utilização de aços de alta resistência (muito usados na indústria automóvel) permite uma maior abrangência e capacidade de aplicações. No entanto, com o desenvolvimento de novos materiais, surgem questões relativamente à sua resposta ao processo de soldadura que necessitam de ser respondidas. É extremamente importante entender de que forma cada material responde à soldadura e avaliar as propriedades das juntas soldadas para que estas possam ser utilizados na indústria com segurança e confiança. É sabido que a aplicação de temperaturas elevadas em aços tem um forte efeito nas suas propriedades mecânicas e consequentemente comportamento. A soldadura é um processo extremamente agressivo para o material, uma vez que os ciclos de aquecimento e arrefecimento são muito rápidos. Deste modo considerou-se importante avaliar a influência de parâmetros de soldadura selecionados, nas propriedades de juntas soldadas de chapas de alta resistência usadas na indústria automóvel. Mais especificamente, estudou-se a variação a intensidade de corrente de soldadura nas propriedades das juntas soldadas. A variação da intensidade de corrente, tem naturalmente uma consequência na quantidade de calor que é induzida às juntas durante a soldadura, e assim é natural concluir que existe uma relação entre a sua variação e as propriedades do aço. Para levar este estudo a cabo, foram executadas soldaduras com três intensidades de corrente diferentes usando os processos TIG e soldadura por resistência na variante de pontos. De seguida foram executados ensaios mecânicos aos vários provetes realizados de forma a entender as diferentes respostas do material. Adicionalmente foram feitas análises macrográficas e micrográficas e de dureza, relacionando a resposta mecânica dos materiais com as alterações provocadas na microestrutura. Foi constatado, para os dois processos, a clara influência da variação da intensidade na ductilidade do aço, sendo que quanto mais elevado este parâmetro, mais dúctil se mostrou o material. Essa tendência foi acompanhada por uma diminuição dos valores máximos de dureza. Para o caso dos provetes de soldadura por resistência verificou-se também um aumento da resistência ao corte e arrancamento com o aumento da intensidade de corrente. Foi possível constatar que com intensidades de corrente maiores a quantidade de material fundido aumentava criando uma maior área resistente para a junta. Por fim, as análises de microestrutura, permitiram distinguir as diferentes zonas da soldadura, onde se verificou o aparecimento de martensite na zona termicamente afetada das soldaduras, estruturas dendríticas nas zonas fundidas e um crescimento de grão na aproximação à ZTA.
- Análise dinâmica de um suporte de baterias de um autocarro urbano elétricoPublication . Sá, António Manuel Pereira de; Lopes, Hernâni Miguel ReisO estudo do comportamento dinâmico de estruturas de veículos é essencial para garantir a sua integridade em condições normais de funcionamento. Este tipo de análise envolve a determinação das suas frequências e modos naturais de vibração, bem como, das tensões instaladas devido a solicitações estáticas e dinâmicas. Embora métodos numéricos, como o Método dos Elementos Finitos, sejam amplamente utilizados na fase de desenvolvimento para analisar a resposta das estruturas, é fundamental validar os resultados com estudos experimentais. A definição correta das condições de fronteira é uma etapa crucial para assegurar um modelo numérico robusto. Este trabalho apresenta a construção de um modelo numérico de uma estrutura de suporte de baterias para um autocarro elétrico urbano, com foco no desenvolvimento de uma metodologia para modelar a ligação entre este suporte e a estrutura do autocarro. A metodologia adotada assenta, numa primeira etapa, na construção de um modelo numérico da estrutura isolada, recorrendo ao Método dos Elementos Finitos. As propriedades deste modelo são ajustadas para que as suas frequências e modos naturais de vibração se aproximem das obtidas experimentalmente na condição livre-livre. Na segunda etapa, são introduzidos elementos elástico de dois nós e com seis graus de liberdade, para modelar a ligação entre o suporte de baterias e o tejadilho do autocarro. Um estudo paramétrico é conduzido para avaliar a componente da rigidez mais preponderante no comportamento dinâmico deste suporte. Segue-se a definição desta componente da rigidez que permite aproximar as frequências e modos naturais do modelo numérico às obtidas no ensaio experimental. Os resultados obtidos mostraram que a metodologia adotada é eficaz na modelação do suporte de baterias.
- Análise do Comportamento de um Sistema de Elevação, Sob Ação SísmicaPublication . Maio, Emanuel Fernando Dinis; Justo, Jorge Manuel Costa da FonsecaCom o presente relatório, pretende-se estudar o comportamento de um sistema de elevação, quando sujeito a uma atividade sísmica ou terramoto, cuja instalação é usualmente encontrada em qualquer tipo de edifício. Embora o elevador não seja considerado um equipamento estrutural, a presença deste tipo de equipamento em qualquer edifício público é bastante assídua e de extrema importância na gestão de transporte vertical de pessoas e cargas. Precisamente pelo facto de transportar pessoas, faz com que este tipo de equipamento seja considerado especial, pelo que desde meados do século XX, a resposta do seu comportamento perante uma atividade sísmica é objeto de estudo. Para uma melhor introdução do tema, este relatório está dividido numa parte de contextualização, onde muito superficialmente, são abordadas variantes com influência na resposta final do equipamento. Cada uma destas variantes, tem a sua importância na realização de projeto, sendo necessário ter em atenção os requisitos fundamentais de construção de edifícios e legislação em vigor, assim como ter em atenção a tipologia do terreno e respetiva distribuição no território nacional, as diferentes ondas de propagação de uma atividade sísmica, a tipologia de edifício e respetivos meios de transporte vertical. É efetuada uma introdução básica aos diferentes meios de transporte vertical, abordando particularmente os diferentes tipos de elevadores. Para demonstrar a importância da necessidade do estudo, são mencionadas algumas catástrofes naturais, nomeadamente atividade sísmica. Num capítulo dedicado ao estado de arte e revisão bibliográfica, inicialmente são analisados alguns artigos especificamente direcionados para o registo das consequências reais que uma atividade sísmica tem na sociedade, particularmente nos efeitos secundários da operacionalidade em elevadores. Numa segunda fase deste capítulo, é direcionada a atenção para a análise de artigos, cujos temas são especialmente focados no estudo experimental e desenvolvimento de novas propostas para a melhoria contínua da resposta dos elevadores à atividade sísmica, sendo identificadas algumas anomalias e apresentadas algumas soluções de melhoria de segurança. Num capítulo especificamente dedicado à análise do comportamento do elevador em condições sísmicas, através de cálculo analítico baseado na legislação, são calculados os esforços gerados no equipamento e posterior comparação com os limites legais para validação do elevador numa determinada categoria sísmica. É também dedicado um capítulo para o estudo do comportamento do elevador através da análise computacional com o método de elementos finitos. Finalmente são analisados e comparados os resultados obtidos.
- Análise do comportamento estrutural de ligações adesivas em aderentes impressos em 3DPublication . Ribeiro, Tiago Filipe Rodrigues; Campilho, Raul Duarte Salgueiral GomesOs processos de fabrico aditivo, conhecidos como impressão 3D, estão em processo de crescimento e cada vez mais são as indústrias que procuram soluções nestes tipos de processos devido às suas vantagens em comparação com processos mais tradicionais, como maquinagem e injeção. Dessas vantagens destacam-se a redução do tempo de fabrico de uma ideia até ao seu primeiro protótipo, a sua sustentabilidade e a liberdade de geometrias a executar. Porém, as dimensões dos componentes fabricados por estes métodos ainda são bastante reduzidas. Até que este problema se resolva, é essencial arranjar soluções para os casos em que é necessário uma assemblagem e fixação dos componentes fabricados. Uma das soluções passa pelas ligações adesivas. Este tipo de ligação permite unir diferentes materiais, sem danificar os próprios componentes, permite várias configurações de união, associados a boas propriedades mecânicas e redução de peço das estruturas. A união de componentes impressos em 3D por ligações adesivas, é algo ainda em desenvolvimento, devido a estes campos estarem também em crescimento. Esta dissertação consiste no trabalho experimental e numérico de diferentes tipos de juntas adesivas com as geometrias de sobreposição simples, com degrau e em chanfro interior para diferentes comprimentos de sobreposição. Os substratos em estudo serão materiais plásticos facilmente adquiridos como o PLA, ABS e PETG fabricados pelo processo Fused Deposition Modeling (FDM). Os adesivos em estudo serão o Araldite®2015 e o Sikaforce®7752. Previamente ao trabalho experimental das juntas adesivas, realizaram-se ensaios experimentais aos materiais de aderentes de forma a se obter as suas propriedades mecânicas. As propriedades obtidas serão aplicadas no estudo numérico. O estudo experimental das juntas adesivas apresenta-se sobre a forma de curvas P-δ e resistência de juntas, rigidez e energia de rotura. A parte numérica do estudo consistiu na aplicação do Método de Elementos Finitos através dos modelos de dano coesivo com a lei triangular para a previsão do comportamento de juntas. O estudo numérico consiste na análise numérica e no modelo de dano utilizado na previsão das juntas sobre a forma dos modos de rotura, curvas P δ e resistência das juntas, rigidez e energias de rotura. Em termos de conclusão, é possível afirmar que de forma geral os modelos de dano coesivo apresentaram previsões precisas. Das diferentes condições de geometria de junta, aderentes e adesivos chegou-se à conclusão que com a geometria de chanfro permite obter melhores resultados de resistência, rigidez e energia de rotura com comprimentos de sobreposição mais elevados. Em relação aos aderentes, o PLA foi o que permitiu obter juntas adesivas com maior resistência, contudo foi o ABS que permitiu obter mais energia de rotura, na generalidade dos casos. Das condições estudadas, a geometria de chanfro com aderentes de PLA e adesivo Araldite®2015 apresentou os melhores resultados nos diferentes parâmetros analisados.
- Análise do impacto das alterações climáticas no consumo energético de sistemas de aquecimento, ventilação e ar condicionadoPublication . Rodrigues, David José Soares; Gomes, Luís Filipe de OliveiraNos últimos anos, encontramo-nos perante um clima constantemente em mudança e imprevisível. As alterações climáticas tornaram-se um dos maiores desafios globais. As variações nas condições meteorológicas, como o aumento das temperaturas médias, a maior frequência de eventos climáticos extremos e alteração nos padrões de precipitação, têm vindo a impactar de forma significativa o desempenho energético dos sistemas de aquecimento, ventilação e ar condicionado (AVAC) em edifícios, exigindo uma adaptação contínua para manter a eficiência energética e o conforto térmico. O presente estudo visa analisar como essas alterações climáticas afetam o consumo energético de sistemas de aquecimento, ventilação e ar condicionado (AVAC) em edifícios. Com o aumento da frequência de fenómenos climáticos extremos e as mudanças nas condições climáticas médias, é previsível que o consumo de energia relacionado com o controlo da temperatura e da qualidade do ar interior sofra alterações significativas. Uma questão central nesta análise é a evolução das temperaturas exteriores mínimas, que indicam uma perda de capacidade de arrefecimento noturno. Este fenómeno não só impede a amenização das temperaturas diurnas, como contribui para o aumento da intensidade e frequência das ondas de calor, impactando o consumo energético dos sistemas de AVAC. Deste modo, esta dissertação investiga, através de simulações energéticas, a forma como as variações climáticas influenciam a eficiência energética dos sistemas de AVAC, bem como a capacidade destes sistemas de AVAC. Além disso, são exploradas as soluções de integração de energias renováveis com o objetivo de mitigar os impactos ambientais e reduzir o consumo de energia. Por fim, este estudo oferece uma visão crítica sobre as possíveis estratégias para a adaptação dos edifícios às alterações climáticas, propondo ações de eficiência energética e soluções tecnológicas sustentáveis. Os resultados indicam que as alterações climáticas terão um impacto relevante no consumo energéticos dos sistemas de AVAC. Observa-se que o consumo energético dos sistemas de AVAC em Lisboa aumentará em média 33,3% em 2050, comparado ao valor atual, no Porto, o aumento médio é de aproximadamente 44,5%, e, em Bragança, o aumento é cerca de 33,3%.
- Análise e melhoria da evacuação de um centro de congressos usando simulaçãoPublication . Falcão, Diogo Correia; Ferreira, Luís Carlos Ramos Nunes PintoCom a expansão contínua da escala da cidade e o rápido crescimento da população urbana, as atividades sociais e económicas das pessoas e as atividades de intercâmbio cultural são cada vez mais frequentes. No entanto, devido aos ajuntamentos em grande escala e a situações imprevisíveis, ocorrem frequentemente numerosas vítimas em acidentes fatais. O planeamento da evacuação potencial de um grande número de pessoas de uma zona devido a uma emergência ou ameaça é uma aplicação em que a modelação baseada em agentes tem sido utilizada em simulações para ajudar a compreender os potenciais problemas. A presente dissertação tem como objetivo a análise de diferentes estratégias de evacuação num centro de congressos/ eventos através de uma análise extensiva do espaço, recorrendo ao software Pathfinder a fim, de facilitar o processo, e identificar possíveis pontos de estrangulamento, analisar a evacuação em si, sugerindo melhorias e analisando os resultados. Foram assim analisadas 6 estratégias diferentes, para determinar o menor tempo de evacuação possível, identificando pontos de gargalo e locais de congestionamento dos ocupantes. O modelo foi utilizado para evacuar a ala poente do piso 2 da Alfândega do Porto com lotação máxima em todas as salas, fazendo várias combinações com as saídas disponíveis. Posteriormente, realizou-se o mesmo para a zona este/ centro e oeste do piso em análise. Os resultados obtidos nas simulações permitem concluir que a evacuação mais eficiente é a situação em que temos todas as saídas disponíveis, uma vez que permite um fluxo variado por todo o espaço, sendo que os ocupantes se espalham e não provocam congestionamento nas portas intermédias. Por vezes a indecisão das pessoas atrasa todo o processo; assim esta evacuação tem um tempo total de 678 segundos equivalente a 11 minutos aproximadamente. Conclui-se assim que a utilização de portas de emergência com portas duplas, permite um maior fluxo de pessoas por segundo, que certamente reduziria substancialmente o tempo total de evacuação.