ISEP - Dissertações de Mestrado
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Browsing ISEP - Dissertações de Mestrado by Sustainable Development Goals (SDG) "09:Indústria, Inovação e Infraestruturas"
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- A relevância da modelagem computacional na otimização dos sistemas de ventilação para a mitigação de poluentes em cozinhas industriaisPublication . SILVA, ALISSON SANTOS; Santos, Carlos Miguel Pereira da SilvaEste trabalho tem como objetivo avaliar o desempenho de sistemas de ventilação em cozinhas profissionais, integrando resultados experimentais, cálculos normativos e simulações numéricas, de modo a fornecer critérios de projeto mais realistas para a contenção de poluentes e a eficiência energética. O percurso metodológico estruturou-se em três eixos complementares. No eixo experimental, foi conduzido um ensaio em cozinha-laboratório equipada com hotte de extração, cortinas de ar e sistema de compensação, com grelhador operando em regime intensivo e alimentação controlada de água para geração de vapor. As variáveis de temperatura, humidade relativa, pressão e caudais foram monitorizadas a cada dois segundos em pontos estratégicos, e a taxa de remoção de vapor foi determinada por análise psicrométrica a partir das propriedades do ar húmido e dos caudais de extração. No eixo normativo, o dimensionamento foi realizado de acordo com a norma EN 16282, aplicando-se o método preliminar baseado na velocidade de captura e o método detalhado, que considera carga térmica, fatores geométricos e indução da pluma. Os resultados forneceram caudais de 3033 e 2844 metros cúbicos por hora, respetivamente, sendo o segundo adotado como referência para as análises. No eixo numérico, desenvolveu-se modelação computacional em plataforma comercial integrada ao ambiente CAD, com malha cartesiana de células cortadas, modelo de turbulência modificado e transporte de espécie para vapor de água. Foram avaliados critérios de convergência espacial e temporal, estabelecendo-se malha de base de 30 milímetros e passo temporal de 0,25 segundos como compromisso entre custo computacional e precisão. A investigação organizou-se em dezasseis cenários: o primeiro validou o modelo CFD frente ao ensaio físico; os seguintes isolaram o efeito da cortina e da compensação; e os restantes compararam combinações de geometria, extração e emissão normativas e experimentais. A validação demonstrou que o modelo reproduz a evolução temporal e espacial da pluma com fidelidade aceitável, obtendo erro médio de 7,62 por cento e coeficiente de determinação de 0,79. A análise dos dispositivos auxiliares revelou funções complementares: a compensação moderou picos térmicos, enquanto a cortina organizou o jato e reduziu o espalhamento lateral; a ausência de ambos levou a maior instabilidade, acréscimo da carga térmica acumulada e redução da eficiência de captação para 50 por cento. Nos cenários comparativos, verificou-se que todos apresentaram algum nível de fuga, mesmo quando dimensionados por norma, e que a variabilidade da emissão e os efeitos de parede da geometria real intensificam episódios críticos. Concluiu-se que critérios normativos baseados em limites fixos são insuficientes para representar a complexidade de cozinhas reais, e que abordagens integradas, considerando experimentação, simulação e análise crítica de normas, oferecem subsídios mais robustos para o projeto de sistemas de ventilação, alinhando segurança, eficiência energética e sustentabilidade.
- Abordagem à especificação e verificação de requisitos: Caso de estudo em Updates via Over the AirPublication . CARVALHO, ANAISA CRISTINA PEREIRA; Pereira, David Miguel Ramalho; Pinho, Luís Miguel Rosário da SilvaModern vehicles rely on increasingly complex embedded software to deliver advanced features in performance, safety, and connectivity. In automotive software development, a precise requirement specification is essential to manage complexity and ensure reliability throughout the life cycle. Although natural language has been standard for documenting requirements, it often introduces ambiguity and misinterpretation. This thesis focuses on investigating the advantages of adopting formal requirements engineering over natural language approaches within the automotive field, using the Formal Requirements Elicitation Tool (FRET) tool and taking as use case a representative set of requirements of an Over-the-Air (OTA) updates project derived from the automotive industry. This analysis highlights how FRET improves clarity when eliciting, managing, analysis, and verifying requirements, thus serving as a strong asset for reducing errors in later development phases, which is specially important in critical projects. This work also provides evidence of the tangible benefits of formal techniques for the specification, analysis, and verification of vehicle software requirements, but also highlights that tools such as FRET still require formal logic training and, given the niche nature of the tool, that users maintain regular interaction with the developers in order to be aware of features that are fundamental for better usage of the tool, however that still remain undocumented in the literature.
- Abordagem ao ciclo de vida do mobiliário escolar desenvolvimento de métricas para avaliação e melhoria da sustentabilidadePublication . RAMALHO, MIGUEL SOUSA; Gonçalves, Maria Antónia Maio Nunes da SilvaA presente dissertação tem como objetivo aplicar a metodologia de Avaliação do Ciclo de Vida ao mobiliário escolar, desenvolvendo indicadores que permitam quantificar e monitorizar a sua sustentabilidade. Para a construção do inventário foram recolhidos dados de processos reais, com especial destaque para a etapa de corte de chapas metálicas, considerada crítica no fabrico do mobiliário. Neste âmbito, foram modelados e comparados dois cenários de operação, corte com azoto e corte com ar comprimido, de modo a avaliar diferenças de desempenho ambiental e energético. A quantificação dos fluxos de entrada e saída incluiu consumos de energia, utilização de gases, geração de resíduos metálicos e emissões atmosféricas, os quais foram integrados em modelos no software OpenLCA. A análise demonstrou que o processo com azoto apresenta menores emissões e impactos ambientais, embora com custos mais elevados, enquanto o corte com ar comprimido, apesar de mais económico, revelou impactos superiores em diversas categorias, nomeadamente no consumo energético associado à compressão do ar e na formação de partículas. Com base nestes resultados foram desenvolvidos e testados indicadores de sustentabilidade, permitindo transformar dados complexos de inventário em métricas objetivas e comparáveis. Estes indicadores possibilitam avaliar de forma integrada a eficiência energética, a gestão de recursos e a geração de impactos, constituindo um instrumento essencial para apoiar decisões estratégicas. A discussão evidencia que a utilização sistemática de métricas de ciclo de vida permite alinhar competitividade industrial com objetivos de sustentabilidade, reforçando o papel do setor do mobiliário escolar na transição para modelos produtivos mais sustentáveis.
- Acompanhamento e fiscalização de infraestruturas subterrâneas: Um caso de estudoPublication . PAIS, HUGO DE ALMEIDA PINTO; Chaminé, Helder Gil Iglésias de OliveiraA presente dissertação tem como objectivo documentar a acção da fiscalização técnica na construção do túnel de via dupla na cidade do Porto entre a Praça da Galiza e a Casa da Música (Linha G, Metro do Porto), com ênfase na gestão prática das interfaces entre fases. Os capítulos I e II estabelecem o enquadramento e os objectivos do trabalho, sintetiza o estado da arte dos métodos de tunelação (com destaque para o New Austrian Tunneling Method (NATM) em meio urbano), e define a abordagem adoptada: descrição operacional suportada por procedimentos, Planos de Inspeção e Ensaio e observação contínua em obra. Os capítulos seguintes caracterizam caracterização do contexto geológico-geotécnico e de concepção construtiva, apresentando o caso de estudo propriamente dito, no qual se acompanha a sequência: tratamentos – escavação – suporte – limpeza – regularização – impermeabilização - revestimento definitivo. No que se refere ao revestimento definitivo é descrito o ciclo por troços com carro de cofragem/betonagem (preparação, montagem, enchimento progressivo, vibração e descofragem) e as respectivas verificações. As considerações finais salientam que a presença contínua da fiscalização, combinada com registos padronizados e decisões proporcionais ao risco, permite antecipar e proteger a integridade da estrutura componente do túnel. A articulação fiscais de frente de obra — fiscalização engenheiros de frente — Projectista mostrou ser eficaz sempre que havia canais de decisão curtos.
- Adaptação de mesa XYZ para uma fresadora CNCPublication . BARBOSA, PAULO RICARDO SOARES; Silva, Manuel Fernando dos SantosEste trabalho apresenta o desenvolvimento de uma solução industrial para uma fresadora Computer Numerical Control (CNC), baseada em um antigo trabalho que foi abandonado, com o objetivo de permitir que a máquina efetue furações e recortes em materiais do tipo chapa ou semelhantes, de forma a reduzir o tempo de fabrico, assim como a melhoria da precisão de determinadas peças. O projeto aborda a integração de hardware e software, incluindo o uso de motores stepper, sensores de fim de curso, spindle e sinais luminosos, assim como o estudo de todas as ligações elétricas, protocolos de comunicação e respetiva segurança. Foi ainda estudado o uso do TwinCAT como elemento de lógica da CNC, bem como a exploração do software dos drivers dos motores de eixo. A solução desenvolvida procura alternativas de fresadoras CNC, aproveitando a tecnologia existente em stock na empresa beneficiária do trabalho, de forma a que o custo de implementação seja o mais baixo possível. Devido às dimensões da mesa, optou-se pela solução do TwinCAT, que oferece um pacote de funções dedicado ao uso de CNC, onde foram exploradas e melhoradas as soluções fornecidas. No entanto, a implementação apresenta alguns desafios, tais como a complexidade na exploração do pacote de funções e algumas falhas encontradas durante o desenvolvimento. Foi ainda explorado software Computer-Aided Design (CAD)/Computer-Aided manufacturing (CAM) para validar a execução de peças tridimensionais para um código G, de forma a comprovar o funcionamento destes códigos da máquina. Para efetuar a validação do sistema, foram realizados diversos testes para comprovar o funcionamento na máquina, permitindo testar os sensores e atuadores, bem como a comunicação entre os protocolos de comunicação e os requisitos de segurança elétrica e mecânica. Este projeto representa uma solução industrial viável, destinada ao uso interno na empresa, possuindo bases sólidas para melhorias futuras e incorporação de funcionalidades extras.
- Adversarial agent for synthetic data generation for phishing detectionPublication . CARDOSO, FRANCISCO FONSECA FERREIRA; Pereira, Isabel Cecília Correia da Silva Praça Gomes; Maia, Eva Catarina GomesPhishing attacks continue to be a significant security challenge, causing financial and reputational damage to organizations and individuals, with emails being the primary way for these attacks. While modern defenses continue to rely on phishing detection systems, their effectiveness is being challenged by the evolution of these attacks. Attackers are moving from generic emails to highly personalised and context-specific messages, which conventional models struggle to detect. The performance of these systems is mostly limited by the scarcity of specialised, domain-specific training data needed to recognise such threats. This thesis tries to address this gap by introducing CANDACE, a modular framework designed to generate context-aware synthetic email messages to train and improve these detection systems. The main innovation of CANDACE comes from its dual Knowledge Graph (KG) architecture, which gives the generation process a contextual foundation. The first KG maps external, real-world information about an organization, while the second models its internal structure, such as employees and projects. A Small Language Model (SLM) then uses the information of these KGs, with other important components, such as URL, to generate an email message that is contextually relevant to the domain of the organization. The contributions of this work include the complete design, end-to-end implementation, and validation of the CANDACE pipeline. A case study in the Public Administration sector presents the framework’s ability to produce convincing, context-aware synthetic messages. The findings confirm that contextual grounding is essential for creating better and more focused training data. This research shows the need to move beyond generic emails datasets, to build more resilient detection systems capable of detecting the more sophisticated and personalised phishing attacks.
- Aferição das diferenças de acuidade visual de rolhas de cortiçaPublication . MONTEIRO, FILIPA BEATRIZ ALMEIDA; Correia, Maria Manuela BarbosaPortugal dis8ngue-se como o maior produtor de cor8ça, destacando-se na produção de rolhas de cor8ça u8lizadas para vedação de vinho. A qualidade destas é avaliada por classificação visual, uma técnica com elevada subje8vidade, exigindo assim a necessidade de calibrar os analistas, de modo a garan8r uma maior uniformidade e fiabilidade dos resultados. O estudo centrou-se na inves8gação das diferenças de acuidade visual e na capacidade de deteção de defeitos em rolhas de cor8ça natural entre analistas da qualidade, avaliando a repe8bilidade e reprodu8bilidade dos resultados, bem como a existência de diferenças esta8s8camente significa8vas. Foram analisadas 6 amostras de rolhas de diferentes classes e calibres por 15 analistas de 7 laboratórios dis8ntos. A análise dos dados ob8dos foi realizada através do método de Kapa de Fleiss, do método Kapa de Cohen e do teste z. Os resultados demonstraram uma boa repe8bilidade nas classificações realizadas pelos mesmos analistas. No entanto, observaram-se variações entre as avaliações de analistas do mesmo laboratório, em algumas amostras, sendo que essas diferenças foram esta8s8camente significa8vas. Estas discrepâncias tornam-se ainda mais acentuadas na comparação entre laboratórios, onde se verificou menor reprodu8bilidade e níveis de concordância reduzidos, reforçando a necessidade de homogeneização dos critérios de classificação visual entre empresas e de treino sistemá8co para reduzir as diferenças.
- AI-based synthesis of bacterial colony evolution imagesPublication . SILVA, MIGUEL ÂNGELO FERRAZ DA; Martinho, Diogo Emanuel Pereira; Marreiros, Maria Goreti CarvalhoThe growing demand for safety and efficiency in healthcare highlights the importance of optimising sterilisation procedures, where delays or errors can compromise patient outcomes. In this context, microbiological analysis of agar plates is a fundamental step, as it allows the identification of microbial growth that may compromise sterilisation quality. However, traditional inspection methods are time-consuming and rely heavily on manual observation, which limits their scalability in clinical environments. Meanwhile, Artificial Intelligence has demonstrated strong potential in image analysis and forecasting, offering opportunities to enhance microbiological analysis and support decision-making in healthcare workflows. This dissertation addresses the problem of detecting and predicting the growth of bacterial colonies on agar plates. Anticipating how colonies evolve is essential to evaluate contamination levels, yet this task remains challenging due to the natural variability of growth patterns, the occurrence of overlapping colonies, and the diversity of experimental conditions that affect microbial behaviour. To tackle this problem, an integrated application was developed and structured into three main modules. The first is a detection module that applies the YOLO object detection architecture to identify bacterial colonies from agar plate images. The second is a synthetic forecasting module based on convolutional autoencoders capable of predicting future colony states from early observations. The third is a contamination analysis module that translates predictions into interpretable indicators such as colony count, average size, growth rate, and coverage. Together, these modules form a complete pipeline designed to combine visual fidelity with biological relevance. The results show that the system can detect colonies with high accuracy, achieving a Precision of 99.1%, a Recall of 91.7%, and an F1 score of 95.3%. In addition, the forecasting module generated realistic predictions of colony growth, and the contamination analysis provided meaningful metrics across different experimental conditions. The exploration of different temporal intervals revealed complementary trade-offs between predictive detail and biological plausibility, reinforcing the flexibility of the proposed methodology. The main conclusion of this dissertation is that Artificial Intelligence can be effectively applied to predict microbial growth in laboratory settings. By integrating detection, forecasting, and contamination analysis within a single framework, this work establishes a technological foundation that supports the transition to more intelligent sterilisation workflows and contributes to the broader vision of safe, efficient, and smart healthcare environments.
- Ai-driven emotion recognition for mental health diagnoses: Assessing mental health through emotional state evaluationPublication . PRETO, PEDRO MIGUEL PERES; Conceição, Luís Manuel Silva; Figueiredo, Ana Maria Neves Almeida BaptistaMental health conditions remain a concerning challenge across the globe, requiring timely and reliable approaches to correctly make accurate diagnoses and effective interventions. Traditional assessment methods often rely on subjective self-reports and clinical interviews, which may not always capture the full spectrum of an individual’s emotional state. In this context, computational techniques for emotion analysis provide a complementary perspective by identifying patterns in facial expressions, speech, and language. This dissertation evaluates the potential of multimodal emotional state analysis and its contribution to mental health assessment, through the development of a computational application. A systematic review was conducted to evaluate existing methodologies and highlight their strengths, limitations, and applicability in clinical contexts. Building on this review, the present work explores an integration of visual, vocal, textual patterns, assessing the contribution of their combined capacity to improve the consistency and depth of emotional interpretation. An analysis centered on methodological design was conducted by applying techniques such as preprocessing, fine-tuning, and data augmentation on the datasets to enhance the model’s capacity. Ethical and security considerations were also incorporated to strengthen system robustness and ensure responsible deployment in the market. The proposed solution consists of an artificial intelligence based multimodal system that integrates the analysis of emotions present in facial expressions, voice, and text patterns to provide a comprehensive assessment of the user’s emotional state. The application’s modular architecture enables real-time processing and the generation of clinical reports. The experimental validation of the system revealed promising results across several DSM-5 domains, the clinical reference manual that defines diagnostic criteria for mental disorders cases. High F1-scores were recorded in domains such as Anger (0.84) and Personality Functioning (0.87), while more subtle domains, such as Dissociation (0.43) and Repetitive Behaviors (0.52), revealed more modest performance. The overall analysis resulted in an observed agreement level of 71.9% and a Cohen’s Kappa of 0.42, indicating moderate agreement with the DSM-5. The findings underline the promise of computational emotion analysis as a supplementary tool for mental health professionals, while also emphasizing the importance of critical evaluation of its limitations and careful integration into clinical practice.
- Algoritmos Genéticos para Otimização de soluções integrando carregadores de veículos elétricos, auto-produção e armazenamento de energiaPublication . Nascimento, Fernanda Claudino Leite; Roque, Luís Augusto Correia; Mota, Alzira Maria Teixeira daÉ crescente a importância da energia renovável e da mobilidade elétrica, para enfrentar os desafios ambientais e energéticos atuais. Acerca da mobilidade elétrica, o número crescente de veículos elétricos a bateria e veículos elétricos híbridos plug-in, traz a necessidade de mais infraestrutura de carregamento, destes tipos de veículos, nas cidades e nas estradas, onde tais infraestrutas precisam estar conectadas à rede elétrica de distribuição, resultando em restrições como disponibilidade de potência. Este trabalho faz uma abordagem acerca do dimensionamento de uma estação de carregamentos rápidos de veículos elétricos, lidando com esse desafio através da implementação de um sistema de armazenamento de energia baseado em bateria BESS e considerando a inserção no sistema de uma fonte de energia renovável (energia solar). Pretendemos minimizar os custos globais de energia, para evitar atualizações futuras na infraestrutura e potencializar a integração de recursos de energia renovável. A metodologia adotada baseia-se no Algoritmo BRKGA, um método aplicado em problemas de otimização combinatória, para encontrar soluções ótimas que levem em consideração a carga de carros elétricos, a geração de energia renovável local e o armazenamento eficiente de energia com custos mínimos. Através de estudos de caso com diferentes cenários, implementamos a metodologia proposta. Foram obtidos resultados para o dimensionamento de uma estação de recarga com auto produção de energia de fonte renovável que minimizam os custos de energia. Este trabalho, destaca a importância contínua da pesquisa em Algoritmos Genéticos e seu papel relevante na resolução de problemas complexos relacionados à energia e mobilidade elétrica, pavimentando o caminho para um futuro mais sustentável e ecologicamente consciente.