ISEP - DM – Engenharia Mecânica
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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.
- Ações de melhoria de performance e competitividade das gamas de motores elétricos fabricados na WEGEUROPublication . Flores, Rui Manuel Crespo; Santos, Carlos Miguel Pereira da SilvaO presente trabalho foi realizado no âmbito de um estágio curricular na WEGeuro e teve como principal objetivo a melhoria da performance e competitividade das gamas de motores elétricos fabricados na respetiva entidade. A WEGeuro produz essencialmente motores elétricos para áreas de atividade especializada tais como aplicações em atmosferas explosivas. Este projeto de intervenção focou-se em três etapas principais que por sua vez espelham o trabalho desenvolvido ao longo de seis meses de estágio. A primeira etapa teve como objetivo a criação de mapas de ventilação de modo a compreender a influência dos ventiladores no desempenho dos motores elétricos. Para isso, foram selecionados os ventiladores mais aptos e viáveis de serem utilizados em cada motor elétrico sendo estes depois submetidos a ensaios laboratoriais de forma a permitir registar o seu comportamento. Assim, no futuro, caso a ventilação de algum motor não satisfaça os requisitos de ruído, caudal ou perdas mecânicas poderá recorrerse à base de dados elaborada, permitindo escolher rapidamente um novo ventilador, visto que, já se obteve conhecimento prévio do seu comportamento. Para além deste trabalho, na seleção das opções de ventilação para cada motor, houve o cuidado de dar prioridade a ventiladores construídos em ferro fundido e sempre que possível à utilização de ventiladores radiais, uma vez que o seu custo é muito menor, permitindo assim tornar o preço final do motor elétrico ainda mais competitivo. Por conseguinte, a segunda etapa consistiu na implementação industrial de uma nova tampa defletora em ferro fundido, para a gama de motor W22Xd (WPT). Nesta fase, os principais objetivos foram a redução de custos, a padronização visual e melhorias na ventilação do motor elétrico. Por último, a terceira etapa focou-se no desenvolvimento de um novo ventilador axial para a gama W22XdT com o objetivo de aumentar o caudal de ventilação, assim como reduzir o custo do ventilador padrão. Em suma, a realização deste trabalho na WEGeuro deu lugar a vários melhoramentos. É de salientar que, com as alterações efetuadas, é notória a redução de custos na produção, assim como, a redução do tempo despendido pelos colaboradores da WEGeuro nas respetivas atividades. Assim, a entidade acolhedora de estágio melhorou a sua sustentabilidade, tornando-se mais rentável e produtiva.
- Acreditação do LaboratórioPublication . Pacheco, Alexandra Manuela Martins; Silva, Francisco José Gomes daOs Sistemas de Gestão da Qualidade fornecem uma ferramenta útil às organizações para identificar, organizar e controlar os seus processos. As organizações, ao implementarem um Sistema de Gestão de Qualidade, pretendem atingir objetivos relacionados com a qualidade dos seus serviços e produtos e, consequentemente, manter um nível elevado de satisfação dos clientes. A dissertação, aqui apresentada, foi desenvolvida em contexto industrial na empresa DUOFIL – Sociedade Comercial e Industrial de Perfis, Lda, concretamente, na área da qualidade do Laboratório de ensaios industriais pertencente à empresa, com o objetivo de estudar e implementar a norma NP EN ISO 17025 da acreditação de laboratórios industriais, pois o laboratório da DUOFIL apresenta aptidão e metodologia de excelência organizacional e industrial, capaz de se tornar uma entidade independente na realização de ensaios laboratoriais relacionados com a sua atividade industrial. Assim, inicialmente foi estudada e elaborada uma análise aprofundada dos pontos essenciais que requeriam melhoria, através de ferramentas da qualidade, para a acreditação do Laboratório. Desta forma, durante o período de estágio realizou-se uma procura/pesquisa das normas desatualizadas relacionadas com a atividade do laboratório para uma futura aquisição das mesmas. Procedeu-se à alteração e melhoria dos procedimentos de ensaio laboratoriais que estavam incorretos e incompletos e criação dos inexistentes. Avaliou-se o layout do laboratório e foram apresentadas ações de melhoria e os resultados correspondentes dessas mesmas ações. Para além disso, foram determinados os erros e as incertezas associadas aos ensaios laboratoriais, que possuíam possibilidade para tal. Concluiu-se a atividade de estágio com a determinação do custeio dos ensaios, para posteriormente, ser usado na prestação de serviços a entidades externas à DUOFIL. Com o estudo realizado, a empresa foi incentivada a implementar as oportunidades de melhoria citadas, contribuindo para a futura acreditação do Laboratório da DUOFIL.
- 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.
- Adaptação de um pórtico de soldadura para uma máquina de corte de tuboPublication . Vidal, André Rangel; Campilho, Raul Duarte Salgueiral GomesA indústria metalomecânica representa um setor bastante heterogéneo e integra um conjunto alargado de atividades industriais, apresentando uma grande influência na economia mundial. O avanço tecnológico ao longo dos anos permitiu o desenvolvimento de novas técnicas de fabrico que promoveram uma melhoria da qualidade e da produtividade dos bens fabricados, o que levou a um significativo aumento da competitividade no setor. De forma a acompanhar o crescimento exponencial do mercado, a automatização apresenta-se como uma boa oportunidade para uma empresa não ser ultrapassada pela concorrência. É neste sentido que a presente dissertação se contextualiza. De facto, devido à inutilização de um pórtico de soldadura e face à necessidade de realizar cortes complexos em tubos de grandes dimensões, a Martifer pretende a readaptação do pórtico de soldadura para uma máquina de corte de tubo semiautomática. Este projeto abrange várias áreas do setor da engenharia, na medida em que a proposta de trabalho engloba todos os aspetos intrínsecos ao bom funcionamento da máquina. O desenvolvimento deste projeto passa pelo estudo de grupos de análise específicos, nomeadamente o suporte de tubos, a bucha fixadora, o processo de corte, o recondicionamento do controlador e, por fim, o sistema de extração de fumos. É ainda de salientar que o suporte de tubos é o grupo de análise cujo estudo foi realizado de forma mais pormenorizada, uma vez que este, devido à escassa oferta do mercado, é projetado para ser fabricado internamente, com o intuito de se apresentar como um suporte de tubos robusto e inovador. A readaptação do pórtico existente em chão de fábrica permitiu realizar o corte de forma semiautomática, à qual está associada um aumento da produtividade do processo de corte de tubos de 446%, comparativamente ao corte manual, utilizado até à data na Martifer. As modificações implementadas e respetiva automação resultaram ainda numa redução dos custos de processo de aproximadamente 355%, o que permite que a readaptação do pórtico seja amortizada em 36 meses.
- Adaptação de um sistema de AVAC à resposta contra doenças infeciosas transmitidas pelo arPublication . Campos, Paulo Jorge Martins; Castro, Olga dos Remédios SobralAtualmente, e face à ocorrência da pandemia global do novo coronavírus, existe uma forte preocupação na forma como os sistemas de AVAC devem ser sujeitos a adaptações. O contínuo funcionamento de edifícios de comércio e serviços durante um período de pandemia é fundamental para manter a economia global, podendo evitar efeitos negativos drásticos a nível de produção, de empregabilidade e de produtividade de um setor de atividade. Considerando que a maior parte dos casos de infeção de SARS-CoV-2 tiveram origem na partilha de espaços interiores, a correta avaliação da redução do risco de contágio obtida através de alterações dos sistemas de AVAC permite perceber se a utilização dos espaços dos edifícios deve ser efetuada com algumas restrições, ou, se é ser necessária a implementação de medidas drásticas, como o encerramento completo dos edifícios. Com este trabalho, pretende-se a avaliação da diminuição do risco de contágio de doenças infeciosas transmitidas pelo ar através da implementação de medidas de prevenção aplicáveis a sistemas de AVAC. De forma a calcular a probabilidade de infeção dos espaços, foi utilizado o modelo de Wells-Riley adaptado para o vírus SARSCoV-2. Através da implementação de estratégias de melhoria de filtragem e purificação do ar nos espaços interiores, foi possível obter uma redução da probabilidade de infeção de 47% relativamente à estratégia de aumento do caudal de ar novo para o dobro do valor mínimo regulamentar. Esta conclusão contraria as publicações mais recentes das maiores sociedades relevantes do AVAC relativas à situação de pandemia, que propõem o aumento do caudal de ar novo sem o aumento do nível de filtragem existente. As alterações dos sistemas de AVAC propostas neste trabalho traduzem-se num aumento do consumo elétrico global do edifício e, consequentemente, num aumento do custo de exploração anual. Foi definido um rácio entre o aumento do custo de exploração anual e a redução da probabilidade de infeção global do edifício em relação a um sistema de AVAC existente dimensionado para o caudal mínimo de ar novo regulamentar. O objetivo deste rácio é a avaliação da viabilidade das adaptações propostas. Verificou-se que, com a instalação de lâmpadas UV-C em unidades terminais de conduta, consegue-se o rácio mais baixo, tornando-se na melhor adaptação. Relativamente à instalação da Unidades Purificadores de Ar em espaços interiores, verificou-se um rácio superior à estratégia de instalação de lâmpadas UV-C. Quanto à estratégia de aumento do caudal de ar novo, verificou-se o maior rácio entre todas as soluções, tornando-se a pior adaptação do sistema de AVAC.
- Adaptação e validação experimental de banco de ensaios de rolamentosPublication . Ferreira, Ricardo Manuel Franco Ladislau; Campos, Armando José Vilaça deA presente Dissertação tem como objetivo a elaboração de um banco de ensaios de rolamentos, com a finalidade de avaliação das perdas de binário associadas aos rolamentos. Este projeto veio no âmbito da inexistência de um banco de ensaios normalizado no mercado para avaliação das perdas de potência. As perdas de binário associadas aos rolamentos devem-se as diferentes interações dos rolamentos com o meio a que este se encontra aplicado. Estas perdas podem ser divididas em quatro formas distintas de perdas de binário: por atrito, por escorregamento, por arrasto e por vedação. Estas perdas são dependentes das condições de serviço a que o rolamento se encontra sujeito. As condições de serviço que influenciam as perdas são as cargas aplicadas, o tipo de lubrificação, altura de imersão no lubrificante e condições de lubrificação. Posto isto, é fulcral que todos os rolamentos ensaiados em simultâneo no banco de ensaio estejam sujeitos às mesmas condições de serviço, neste caso, condições de teste. Para esse efeito serão utilizados dois cartuchos, de igual configuração, que estarão equipados com dois rolamentos. Nos cartuchos um dos rolamentos estará fixado em elementos constituintes do cartucho e no outro rolamento será aplicada uma pré-carga através de um sistema de aperto. Com a variação das diversas condições, será medida a alteração do binário por uma célula, que se encontrar entre os dois cartuchos existentes. Através da comparação dos valores obtidos nos ensaios com os valores medidos do binário em vazio conseguir-se-á medir a alteração do binário e assim determinar as perdas de potência. Estes valores recolhidos nos ensaios realizados a posteriori, permitirão tornar os modelos de perdas de binário em rolamentos mais eficazes. Todos os desenvolvimentos do banco de ensaios, quer a seleção de acessórios, a produção e explicação dos elementos, assim como os cálculos e simulações realizadas serão apresentados no decorrer do relatório.
- Agendamento e Roteamento de Técnicos de Assistência ao DomicílioPublication . Nunes, César Manuel de Sousa; Lopes, Manuel Joaquim PereiraA presente dissertação teve como propósito o desenvolvimento de uma solução para um problema real de uma empresa de prestação de serviços de assistência técnica ao domicílio com a necessidade de implementar uma ferramenta de otimização para apoio à decisão do operador que efetua o agendamento dinâmico de serviços ao domicílio. Este problema é designado na literatura por DTRSP (Dynamic Technician Routing and Scheduling Problem). O objetivo é, considerando as restrições do problema, elaborar um plano que aloque, de forma dinâmica, um conjunto de técnicos com valências heterogéneas a um conjunto de serviços a realizar através de um plano de rotas que minimize as distâncias percorridas. As restrições do problema são a heterogeneidade das valências entre os técnicos, heterogeneidade dos tempos de execução para cada tipologia de serviço e janelas temporais. A formulação matemática do problema foi baseada numa formulação STRSP e a sua resolução é efetuada através de uma heurística construtiva simples denominada de inserção de menor custo. O algoritmo foi implementado na plataforma Excel usando a linguagem de programação VBA, sendo a sua arquitetura demonstrada no presente relatório. Os resultados obtidos são analisados através da sua comparação com a solução atual fornecida pela empresa e revelam uma melhoria significativa da qualidade da solução, os ganhos em tempo de processo são também expressivos. Após vários testes verifica-se que o algoritmo desenvolvido é uma ferramenta essencial à qualidade e rapidez das decisões do gestor operacional.
- Aglomeração de cortiça por compressão a quentePublication . Martins, Fábio Miguel Cardoso; Silva, João Francisco Machado Gomes daA diversificação do uso dos produtos de cortiça exige uma adaptação constante dos processos produtivos utilizados para a transformação deste produto. Este trabalho tem como principal intuito a idealização e investigação de um novo processo de fabrico adaptado a um tipo muito particular de produto, os aglomerados puros de cortiça. Estes, não recorrem a qualquer tipo de aglutinante para assegurar a sua ligação, apenas as resinas contidas na própria cortiça são utilizadas para esse efeito. Analisando os processos de fabrico atuais, verifica-se que, a conceção de geometrias complexas com aglomerados puros de cortiça, só é possível com recurso à maquinação. Este processo gera desperdício e tem uma série de processos que o antecedem, destacando-se a aglomeração prévia numa forma mais simples (bloco paralelepípedo ou cilindro) e o corte numa pré forma. A ideia de se executar uma peça complexa sem recurso à maquinação é o objetivo primordial deste trabalho. Para isso foi construído um molde, com todos os mecanismos auxiliares necessários, à semelhança do que já se faz noutro tipo de indústrias, nomeadamente, do vidro e do plástico. Esse mesmo molde foi submetido a uma série de ensaios para determinação dos parâmetros de enchimento e moldação, tendo-se chegado a uma formulação que garante características atrativas na peça final. A aglutinação do granulado de cortiça revelou-se bastante dependente de três parâmetros: a temperatura aplicada, a humidade do granulado e o grau de compactação aplicado. A industrialização do processo revelou-se também plausível de execução, sendo apenas necessários alguns melhoramentos. A utilização deste tipo de processo revela-se, portanto, atrativa para grandes séries de peças, conseguindo-se elevada reprodutibilidade das mesmas com apenas um processo, sem necessidade de procedimentos adicionais de acabamento.