ISEP - DM – Engenharia Mecânica
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Browsing ISEP - DM – Engenharia Mecânica 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 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.
- Análise da viabilidade de reutilização de polímeros em impressão 3DPublication . ESTEVES, MANUEL ANTÓNIO ROCHA DA VEIGA; Campilho, Raul Duarte Salgueiral Gomes; Silva, Francisco José Gomes daOs processos de fabrico aditivo ocupam no mundo atual um lugar bastante importante, que já não se limita apenas ao desenvolvimento de protótipos para grandes empresas, mas que cada vez mais é acessível a pequenos empreendedores e aficionados que pretendem desenvolver os seus próprios projetos de forma sustentável e económica. Tudo isto é possível através dos desenvolvimentos que têm sido feitos por várias empresas com o objetivo de criar equipamentos de impressão 3D cada vez mais acessíveis economicamente e tecnologicamente para o público em geral. As impressoras do tipo FDM (Fused Deposition Modeling) têm sido um mercado bastante beneficiado por estas tendências e desenvolvimentos tecnológicos. Uma das principais despesas associada ao fabrico de modelos 3D com recurso a FDM advém da aquisição do material necessário para a produção destes. Atualmente, o PLA (polylactic acid) apresentase como o material mais comum e económico para impressão 3D do tipo FDM. Outra característica relevante deste processo é a necessidade de realização de purgas do sistema de extrusão do filamento, por exemplo, quando é alterada a cor do filamento. Este aspeto do processo leva a que seja gerada uma quantidade considerável de material desperdiçado ao final de algumas impressões. Para além desta fonte de desperdício existem outras duas associadas à impressão 3D FDM: material de suporte para estruturas complexas e impressões falhadas que são depois descartadas. Estas características do processo abrem a porta à reutilização deste material para a produção de filamento que pode ser novamente utilizado para realizar impressões. Esta dissertação tem como objetivo estudar a viabilidade da reutilização destes desperdícios de material gerados durante o funcionamento de um equipamento de impressão 3D do tipo FDM para a produção de novo filamento e sua reimpressão, e também perceber qual a influência da temperatura de impressão nas propriedades mecânicas do material reciclado deste modo. O material utilizado no estudo é o PLA. O primeiro passo é a produção de filamento através de desperdícios acumulados de impressões anteriores e o ajuste dos parâmetros de processamento. Posteriormente é realizada uma comparação entre as propriedades mecânicas do PLA virgem impresso a 220°C e PLA reciclado impresso a três temperaturas diferentes 220°C, 237°C e 255°C Estas impressões produzem provetes normalizados ISO para a realização de ensaios de tração, flexão e Charpy, com uma taxa de preenchimento de 50% de modo a determinar as correspondentes propriedades mecânicas. Os resultados do estudo permitem concluir que a produção de filamento diretamente a partir de desperdícios de PLA acumulados é possível, no entanto a rigidez e rugosidade superficial deste deixam bastante a desejar em termos de processabilidade e sua utilização para a impressão 3D. As propriedades mecânicas apresentadas pelo material reciclado são superiores em termos de tensão de cedência e módulo de elasticidade face ao PLA novo, no entanto apresenta menor capacidade de deformação plástica do que o último.
- 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 Soluções de Ventilação em Atmosferas Explosivas para Instalações de Purificação de HidrogénioPublication . SANCHES, DUARTE ROSA; Costa, José Carlos Pereira Lopes da; Caetano, Nídia de SáNum contexto de transição energética, o hidrogénio assume um papel central como vetor energético alternativo, mas a sua elevada inflamabilidade exige soluções robustas para prevenir riscos de explosão. Esta dissertação incide sobre a avaliação de riscos associados às operações com hidrogénio na indústria química, aplicada a uma instalação de separação de gases por VPSA (Vacuum Pressure Swing Adsorption). O estudo é desenvolvido no âmbito de um estágio curricular na SODECA Portugal e tem como foco o projeto de sistemas de ventilação mecânica capazes de prevenir a formação de atmosferas explosivas num contentor técnico sujeito a fugas de hidrogénio, aplicando as normas ATEX e, em particular, a IEC 60079-10-1. A metodologia adotada inclui a análise normativa e a análise do caso de estudo fornecido pela SYSADVANCE, seguida da conceção do projeto técnico, com seleção de grelhas e ventiladores ATEX, da modelação CAD do contentor VPSA e integração das soluções, da simulação CFD no software ANSYS Fluent, modelando a dispersão de hidrogénio, e da comparação entre resultados normativos e numéricos, propondo melhorias. São consideradas inicialmente soluções de ventilação natural, para fins comparativos, de forma a avaliar o seu desempenho e explorar de que modo poderiam complementar soluções mecânicas. Em seguida, são desenvolvidas e analisadas duas soluções de ventilação mecânica: uma com ventilador axial e outra com ventilador de cobertura, cada uma incluindo variantes otimizadas. As simulações CFD permitem validar e aperfeiçoar as soluções dimensionadas segundo a norma, avaliando variáveis como velocidade média do escoamento e distribuição da concentração de hidrogénio. Conclui-se que a integração da análise normativa com a simulação CFD conduz a soluções de ventilação com melhor desempenho aerodinâmico e maior segurança operacional. O contributo deste trabalho assenta na criação de uma metodologia de projeto e validação que pode ser replicada em outras instalações industriais com risco ATEX, reforçando a segurança e a eficiência em contextos críticos da indústria química e energética.
- Análise de testbed industrial características, serviços e recomendações para melhoria da infraestruturaPublication . PRIMAVERA, GONÇALO FERREIRA MANDIM; Almeida, António Henrique Mendes deEsta dissertação analisa o papel dos testbeds enquanto infraestruturas estratégicas para a validação e o desenvolvimento de tecnologias emergentes no contexto da Indústria 4.0 e 5.0, salientando a sua relevância como ambientes de investigação e desenvolvimento tecnológico que aproximam o conhecimento científico das necessidades práticas do setor industrial. O estudo foi conduzido no iiLab do INESC TEC e teve como objetivos identificar os serviços relevantes para as empresas e propor melhorias que permitam alinhar, de forma mais eficaz, as capacidades do laboratório com os desafios atuais do mercado industrial e tecnológico. O trabalho aborda o problema central de que o iiLab não consegue atrair, de forma estratégica, empresas do setor industrial e tecnológico devido à falta de alinhamento entre os seus serviços e as necessidades reais do mercado. Para resolver este problema, recorre-se a uma abordagem qualitativa, assente em entrevistas a investigadores e representantes empresariais, foram analisadas as características diferenciadoras dos testbeds, os desafios inerentes à sua implementação e os serviços que geram maior valor acrescentado para os parceiros envolvidos. Os resultados demonstram que os testbeds possibilitam a realização de testes em ambientes realistas sem comprometer a produção, aceleram o desenvolvimento tecnológico, reduzem riscos e custos, e contribuem para superar o denominado “vale da morte” da inovação, assumindo-se, assim, como facilitadores centrais da adoção tecnológica. No entanto, existem desafios, como a complexidade da interoperabilidade com sistemas legados, o acesso a dados e questões de confidencialidade e custos para pequenas e médias empresas. Com base nos dados recolhidos, apresentam-se propostas de melhoria que incluem a modernização contínua da infraestrutura, nomeadamente através da integração de redes 6G e robôs humanoides, o reforço da colaboração com instituições especializadas em comercialização e negócios, e a criação de um selo de qualidade que incremente a credibilidade das tecnologias validadas junto de clientes e investidores. Deste modo, esta dissertação oferece contributos tanto académicos como práticos, ao propor recomendações que visam a otimização da infraestrutura do iiLab e ao reforçar o papel dos testbeds como elementos-chave no processo de desenvolvimento tecnológico da indústria.
- Análise e comparação do desempenho de metaheurísticas aplicadas a problemas de escalonamento das operaçõesPublication . SOUSA, TOMÁS SEQUEIRA RAMOS NUNES DE; Santos, André Borges Guimarães Serra eO Escalonamento das Operações é um elemento fundamental para o funcionamento eficiente de indústrias de serviços e manufatura, sendo o processo de decisão responsável pela alocação de recursos limitados entre atividades ao longo do tempo. Apesar de um bom Escalonamento das Operações proporcionar diversas vantagens, este acarreta alguns problemas de elevada complexidade e de difícil resolução. As Metaheurísticas surgem como técnicas de otimização que podem ser aplicadas na resolução destes problemas atingindo uma solução aproximada, pelo que a sua utilização tem vindo a crescer ao longo dos anos. Neste trabalho, foram selecionadas quatro Metaheurísticas (Genetic Algorithm, Particle Swarm Optimization, Tabu Search e Simulated Annealing) e um tipo específico de Problema de Escalonamento Industrial (Job-Shop com makespan como critério de otimização), com base na sua relevância e popularidade na comunidade científica, para serem o alvo de foco de testes estatísticos. Para cada Metaheurística foram reunidos dados de vinte artigos científicos, posteriormente os dados foram organizados para servirem de base à análise estatística. Inicialmente, procedeu-se à realização de uma análise descritiva com os dados dos artigos, com o objetivo de compreender a distribuição dos artigos por diferentes categorias e extrair observações preliminares. Seguidamente, com recurso ao software estatístico IBM SPSS Statistics, realizaram-se cinco análises de inferência estatística: Evolução dos Resultados ao longo dos Anos, Comparação de Desempenho entre as Metaheurísticas, Variabilidade de Resultados dentro de cada Metaheurística, Influência dos Métodos de Comparação de Resultados e Análise por tipo de Metaheurística (Híbrida e Não Híbrida). Estas análises permitiram chegar a diversas conclusões, entre as quais se destaca a ausência de correlação significativa entre o ano de publicação e a proximidade ao resultado ótimo, por de parte das Metaheurísticas, a evidência de que o Genetic Algorithm proporciona, em média, as maiores reduções de makespan entre as Metaheurísticas analisadas e o facto de este algoritmo também se destacar pela sua consistência, apresentando a menor variabilidade de resultados. Assim, este trabalho oferece uma fonte de informação valiosa para a seleção de Metaheurísticas, no contexto industrial, mais especificamente para os Problemas de Escalonamento Industrial do tipo Job-Shop que apresentam makespan como critério de otimização, realçando o facto que a seleção de uma Metaheurística deve ser baseada numa avaliação multicritério, e não apenas com base no desempenho médio de cada Metaheurística.
- Análise e medidas a implementar para a redução das emissões de carbono da empresa France Air PortugalPublication . TATO, ANA RITA BARRADAS; Ávila, Paulo António da Silva; Mota, Alzira Maria Teixeira daA presente dissertação tem como principal objetivo calcular a pegada carbónica da France Air Portugal, uma empresa do setor de ventilação e climatização, com vista à identificação das principais fontes de emissão de gases de efeito de estufa e à proposta de estratégias de mitigação. Para tal, foi realizada uma pesquisa bibliográfica aprofundada sobre metodologias de cálculo de emissões, com destaque o GHG Protocol e normas internacionais de referência. O estudo recorreu à recolha de dados da empresa relativos ao período de 2020 a 2024, abrangendo fontes de emissão diretas e indiretas associadas às operações, ao consumo energético, às viagens de negócio, à gestão de resíduos e às deslocações dos colaboradores. Os resultados obtidos revelam que as emissões diretas provenientes da frota automóvel e das perdas de gases refrigerantes, bem como o consumo de eletricidade e as viagens aéreas de negócios, representam os principais contributos para a pegada total da empresa. A análise permitiu ainda identificar oportunidades de melhoria, como a transição para viaturas elétricas, a otimização de deslocações profissionais e o reforço da sensibilização interna. A antecipação voluntária da empresa a futuras exigências legais evidencia o seu compromisso com a sustentabilidade e posiciona- de forma competitiva no mercado.
- Análise e melhoria de processos numa empresa do setor têxtilPublication . Vintena, Agostinho Salgueiro Lopes; Araújo, Susana Cláudia Nicola deA dissertação “Análise e Melhoria de Processos numa Empresa do Setor Têxtil” explora a implementação de metodologias Lean na JFV Têxteis Lda., uma empresa portuguesa do setor têxtil. O objetivo deste estudo foi otimizar os processos produtivos, identificando ineficiências e desperdícios, de modo a aumentar a competitividade da empresa no mercado, promovendo uma produção mais eficiente e sustentável. Para alcançar este objetivo, foram utilizadas duas abordagens metodológicas: Business Process Model and Notation (BPMN) e Value Stream Mapping (VSM). O BPMN permitiu mapear e analisar os processos administrativos e operacionais, enquanto o VSM foi aplicado para identificar desperdícios ao longo da cadeia de valor. Foram implementadas ferramentas Lean, como o 5S, SMED e Kanban, com o intuito de melhorar a organização, reduzir tempos de setup e automatizar processos-chave. Os resultados revelaram uma melhoria significativa na eficiência operacional e na qualidade dos produtos, com uma redução dos desperdícios. No entanto, a implementação completa das soluções propostas enfrentou algumas limitações devido a restrições de recursos e tempo. Ainda assim, as mudanças realizadas demonstraram o impacto positivo da aplicação da filosofia Lean, destacando o seu papel essencial na melhoria contínua dos processos e na manutenção da competitividade no setor têxtil. Este estudo demonstra, assim, que a adoção de metodologias Lean pode trazer benefícios significativos para empresas têxteis, promovendo uma maior eficiência, sustentabilidade e capacidade de resposta às exigências do mercado.
- Análise e melhoria do processo de evacuação de um centro desportivo de alto rendimentoPublication . CAMPOS, GUILHERME AFONSO; Ferreira, Luís Carlos Ramos Nunes PintoA presente dissertação procurou analisar e propor melhorias no processo de evacuação num Centro Desportivo de Alto Rendimento em Portugal, considerando diferentes cenários de ocupação. Na abordagem teórica associada ao tema em questão, destacou-se a importância da indústria na gestão de infraestruturas desportivas, bem como o papel relevante da simulação computacional na análise de evacuações e respetivo enquadramento legal aplicável em território nacional. A componente prática teve como objetivo principal a avaliação dos tempos de evacuação dos ocupantes (público) no Centro de Alto Rendimento (CAR) de Anadia, procurando recriar cenários realistas de eventos desportivos realizados nas instalações, nomeadamente competições de ginástica, esgrima e judo, bem como provas de ciclismo de pista. Para além disso, procurou-se analisar o formato de evacuação quando ocupados os quartos disponíveis para estadia dos atletas, identificando e analisando de forma detalhada e exaustiva potenciais estrangulamentos e pontos a melhorar. Através das simulações efetuadas, e dos 14 cenários criados, os resultados providenciaram uma visão abrangente dos principais fatores que condicionam a evacuação, salientando a importância das características físicas do edifício, tais como a distribuição das saídas e a própria geometria interna. A partir desta dissertação, conclui-se que o tempo necessário para a evacuação total do pavilhão, em condições normais de acesso, no que concerne à assistência em provas de ginástica, judo e esgrima (Cenário 1) apresenta o valor de 285,53 segundos. O Cenário 4, respeitante às bancadas presentes no último piso e responsáveis pela assistência em provas de ciclismo indica que estas podem ser evacuadas em 290,5 segundos. Por fim, o Cenário 12, indica que a evacuação dos quartos para os 48 ocupantes consegue ser realizada em 128,3 segundos. Verificou-se que apesar da existência de períodos de congestionamento acentuado em fases iniciais, estes não comprometeram a evacuação desde que as saídas estivessem bem distribuídas e funcionais. Os cenários com bloqueios parciais em zonas distintas do pavilhão permitiram observar o comportamento dos intervenientes na procura de alternativas que reduzissem o tempo de evacuação o máximo possível, permitindo o seu escoamento sem necessidade de percorrer grandes distâncias. Estes resultados demonstraram que a bancada fixa, que possui o maior número de lugares disponíveis para assistência, leva mais tempo para evacuar em condições normais de acessos, apesar de não diferir em muito quando comparada à bancada telescópica, localizada no interior do polidesportivo. A distribuição de saídas ajuda de forma natural numa mais rápida evacuação dos adeptos, permitindo que estes consigam, apesar de em maior número, evacuar praticamente no mesmo tempo. Isto demonstra que a localização das saídas são tão ou mais importantes do que o próprio número de ocupantes, desde que a distribuição seja equilibrada e funcional. Nos quartos, a evacuação revelou-se rápida e eficaz, refletindo a menor densidade de ocupação e a boa acessibilidade às saídas, mesmo quando surgiram restrições pontuais. Em espaços com menor complexidade espacial e densidade controlada, a evacuação pode decorrer de forma segura e sem constrangimentos significativos, garantindo o bem-estar dos ocupantes.