ISEP - DM – Engenharia Mecânica
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Recent Submissions
- Implementação de estratégias de gestão e eficiência energética em processos industriaisPublication . JESUS, JÓNATAS JOSÉ DE OLIVEIRA; Costa, Eduardo José Rego Gil daA presente dissertação tem como objetivo analisar e otimizar o desempenho energético de equipamentos e processos industriais na EFACEC, contribuindo para a redução de consumos e custos operacionais, bem como para o alinhamento da empresa com as metas de sustentabilidade. Para este efeito, foram monitorizados em detalhe consumos de eletricidade e gás natural, recorrendo a uma plataforma de recolha de dados que permitiu caracterizar o funcionamento dos sistemas e identificar oportunidades de melhoria. A metodologia aplicada incluiu a análise comparativa de períodos antes e após intervenções específicas, a avaliação do funcionamento real dos equipamentos e a validação das poupanças energéticas e económicas associadas. As intervenções realizadas incidiram sobre diferentes equipamento e instalações de suporte à produção, envolvendo modernização tecnológica, otimização de processos e correção de ineficiências. Estas medidas permitiram alcançar reduções expressivas no consumo de eletricidade e de gás natural, traduzindo-se também numa diminuição das emissões de dióxido de carbono. Os resultados obtidos confirmam que a eficiência energética constitui uma oportunidade estratégica para a indústria, ao combinar benefícios ambientais com ganhos económicos e ao reforçar a competitividade através de uma gestão mais sustentável dos recursos.
- Traçado e dimensionamento automático de redes aeráulicas a partir da metodologia Bim e RevitPublication . PEREIRA, JORGE FERNANDO COUTO; Pereira, Isabel Maria Garcia SarmentoNo contexto da conceção de edifícios, a subespecialidade de aquecimento, ventilação e ar condicionado é impactada pela aplicação gradual do Building Information Modelling, visto que permite a modelação e execução de redes aeráulicas em articulação integrada com as demais especialidades que o edifício é dotado, através da utilização de um software, Revit. No caso particular dos sistemas aeráulicos, a funcionalidade de traçado e dimensionamento automático do Revit apresenta algumas limitações, exigindo, assim, desenvolvimentos adicionais que incrementem a fiabilidade dos resultados. Na presente dissertação apresenta-se a implementação de soluções de melhoria daquela funcionalidade. Para tal, desenvolveu-se uma ferramenta com a capacidade de reproduzir limites geométricos entre um equipamento mecânico de fluxo de ar e equipamentos de difusão de ar selecionados pelo utilizador e, por sua vez, criar traçados automáticos e efetuar o dimensionamento, integrando vários parâmetros, como caudal e perdas de carga. De seguida, analisa-se diferentes casos de estudo, o que permitiu comparar várias soluções de traçado, avaliando o impacto das escolhas geométricas e, procedendo ao cálculo da perda de carga linear e localizada, identifica-se os caminhos críticos. Também se discute as limitações da ferramenta de cálculo, nomeadamente incompatibilidades e ausência do acesso a bases de dados. Relativamente aos trabalhos futuros, destacam-se a correção das debilidades que limitam a funcionalidade de traçado e dimensionamento automático, a expansão a cenários de traçado mais complexos, bem como a compatibilização com as demais especialidades.
- Development of an optimised floating base with reconfigurable geometry for a drone supporting ASVPublication . BESSA, JOSÉ FRANCISCO OLIVEIRA; Campilho, Raul Duarte Salgueiral Gomes; Pinto, Andry Maykol Gomes; Pereira, Pedro Nuno de Almeida Arrojado da SilvaSustainable development has become one of the greatest challenges of the current time, requiring solutions that enable natural resources to be used efficiently and safely. Among the different sources of renewable energy, offshore wind energy stands out for its high production potential, taking advantage of the greater intensity and regularity of sea winds. However, its location in harsh environments increases the need for regular inspections, which, when carried out by human operators, are costly, time-consuming, and risky. In this context, the integration of autonomous surface vehicles (ASVs) and unmanned aerial vehicles (UAVs) emerges as an innovative solution for safer, more efficient, and more economical operations. The objective of this dissertation was to develop an optimized and reconfigurable floating base designed to support UAV operations in a maritime environment. The system acts as a mobile platform, recharging station, and stabilized take-off/landing point. With these features, it contributes to increasing the autonomy and efficiency of UAVs, while reducing the risks and costs associated with offshore inspections. The proposed design features a modular architecture capable of operating in two main configurations: an open mode, where the hulls are extended to maximize stability for open-sea conditions, and a closed mode, where the structure is retracted to provide compactness for easier transport, storage, and manoeuvrability. Initially, existing systems and their limitations were analysed, and a sequential phase development methodology was established. A preliminary study with several iterations was carried out, using the Ashby selection method to define the most appropriate solution. This analysis was followed by the detailed design phase, which included material selection, structural dimensioning, and numerical simulation checks. In addition, finite element method (FEM) simulations were performed using SolidWorks Simulation, evaluating both the response of the mechanism to the weight of the components and the impact of the buoyancy force of the hulls. The results showed that the integration of a 3-RPU parallel mechanism coupled to a modular hull structure significantly increases stability and operational safety. In particular, it was found that the distance between hulls, in the final solution, can vary from 1160 mm in the closed configuration to 1960 mm in the open configuration, leading to a 33.3% increase in the stability range (from 50° to 70°). This improvement means that the system only loses stability at steeper angles, ensuring better conditions for joint UAV/ASV operations. The results revealed good structural stiffness and confirmed the operational safety of the developed system.
- Industrialização de uma cassete de aplicação de espuma em pneusPublication . RIOS, JOSÉ PEDRO BAPTISTA PEREIRA; Pinto, Arnaldo Manuel GuedesEste trabalho foi desenvolvido na empresa Gislotica – Projecto e Fabrico de Sistemas Mecânicos, Lda. e consistiu no desenvolvimento de uma cassete aplicadora de espuma silenciadora no interior de pneus, baseado num protótipo já existente. Esta espuma, acoplada à superfície interna do pneu, tem como objetivo suprimir o ruído e a vibração da estrada, melhorando assim o conforto dos ocupantes do automóvel sem comprometer o desempenho dos pneus. A investigação começou com uma revisão dos materiais dos pneus e dos processos de fabrico, a fim de fornecer uma base sólida para o desenvolvimento da solução proposta. Investigações adicionais abordaram as propriedades da espuma silenciadora e os mecanismos envolvidos nos métodos de aplicação manual e automatizada. Foi realizada uma revisão do protótipo, de forma a identificar os seus principais aspetos a melhorar. Com base nesta análise, foram sugeridas e discutidas melhorias no projeto, com o objetivo de simplificar o mecanismo, otimizar a aplicação da espuma e tornar o produto apto para comercialização. Foram executados os desenhos técnicos e indicados os materiais e processos de fabrico para todas as peças necessárias à construção da cassete. Os componentes como, por exemplo, rolamentos, tapete e motor para acionamento da cassete também foram selecionados. As conclusões fornecem um conjunto de recomendações e modificações que apoiam a eficácia e a robustez da cassete, tornando-a mais adequada para integração em linhas de produção em grande escala. A dissertação conclui que, através da otimização do design direcionada, o sistema de cassetes tem o potencial de se tornar uma solução industrialmente viável, contribuindo para as tecnologias de redução de ruído para o setor automóvel.
- Construção de um modelo de identificação e manutenção da rastreabilidade dos custos de avaliação de uma empresa do setor dos semicondutoresPublication . RAMOS, JOANA MARQUES; Martins, Eduardo Jorge Casal CardosoA presente dissertação teve como objetivo desenvolver um modelo capaz de identificar, quantificar e reduzir os custos associados às atividades de avaliação da qualidade numa empresa do setor dos semicondutores. Partindo de estimativas financeiras genéricas e desagregadas, foi implementado um projeto com enquadramento Seis Sigma, seguindo a metodologia DMAIC, para garantir uma abordagem estruturada à análise do problema. Pela primeira vez, foi calculado o custo de avaliação por produto e processo, revelando valores superiores aos padrões de referência do grupo. Esta análise foi aplicada a três produtos representativos da organização. Com base na informação recolhida, foram propostas soluções de racionalização dos planos de controlo, assentes em critérios técnicos de elegibilidade e na introdução de modelos de amostragem mais adequados à realidade produtiva. Neste contexto, foi desenvolvido o Plano de Controlo de Processo de Alta Performance (PCP-AP). A avaliação do impacto económico deste plano, através de simulações em diferentes cenários, evidenciou o seu potencial para reduzir os custos de avaliação em mais de 20%. Por fim, foram delineadas propostas para garantir a sustentabilidade das melhorias identificadas, reforçando a importância de integrar critérios técnicos e económicos na gestão da qualidade e de promover uma revisão contínua dos planos de controlo em ambiente industrial.
- Caracterização experimental e numérica de juntas adesivas com aderentes compósitos fabricados por impressão 3DPublication . VILARES, JOÃO ANDRÉ CARVALHO; Campilho, Raul Duarte Salgueiral Gomes; Bastos, João Augusto de SousaObserva-se uma necessidade crescente de explorar soluções de união estrutural em materiais produzidos por fabrico aditivo uma vez que, apesar da flexibilidade e vantagens da impressão 3D, subsistem limitações no fabrico de peças de grandes dimensões e na resistência intrínseca dos materiais compósitos impressos. As juntas adesivas assumem-se, assim, como uma alternativa eficiente aos métodos tradicionais, pois permitem a união de diferentes componentes sem comprometer as propriedades mecânicas, reduzem concentrações de tensões e ampliam as possibilidades de aplicação destes materiais em contextos industriais. A presente dissertação pretendeu caracterizar experimentalmente e numericamente juntas adesivas com aderentes com e sem reforço de fibras de carbono fabricados por impressão 3D. Inicialmente, foi conduzido um trabalho experimental que incluiu a produção de provetes em poliamida com e sem reforço de fibra de carbono. Estes provetes foram submetidos a ensaios de tração para determinação das propriedades mecânicas e, posteriormente, utilizados na fabricação de três tipologias distintas de juntas adesivas: juntas de sobreposição simples, juntas em degrau e juntas de chanfro interior. Através destes ensaios foi possível recolher informação relativa à rigidez, resistência máxima, modos de rotura e energia de fratura, bem como observar o comportamento diferenciado de cada configuração geométrica. Em paralelo, foi desenvolvido um modelo numérico com recurso ao Método dos Elementos Finitos, implementado em Abaqus®, que aplicou um modelo de dano coesivo baseado numa lei triangular para modelar o comportamento do adesivo. Os resultados numéricos foram comparados com os resultados experimentais. Como resultado do trabalho realizado foi validada a técnica numérica para a previsão da resistência das juntas adesivas e recomendada a geometria de junta para maximizar a resistência. Assim, tanto os ensaios experimentais como as simulações numéricas comprovaram a aplicabilidade das juntas adesivas em materiais fabricados por impressão 3D. A junta de chanfro interior destacou-se como a mais promissora, conjugando maior resistência, melhor distribuição de tensões e maior capacidade de dissipação de energia, pelo que representa a solução mais eficaz para aplicações estruturais que exijam desempenho mecânico elevado e fiabilidade.
- Resistência de ligações mecânicas em madeira em corte simples, com e sem proteção ao fogoPublication . AGUIAR, JOÃO CAMPOS PINTO COELHO DE; Fonseca, Elza Maria MoraisA presente dissertação incide sobre o estudo do comportamento de ligações em madeira em corte simples, com e sem proteção em gesso, submetidas à ação do fogo. O trabalho contempla o dimensionamento analítico, de acordo com o Eurocódigo 5, bem como o desenvolvimento e análise de modelos numéricos, aplicando o método dos elementos finitos. Inicialmente, efetuou-se uma revisão bibliográfica dos temas subjacentes à análise. Seguidamente, é realizada a validação da metodologia numérica, com base em dados experimentais e numéricos previamente publicados. São desenvolvidos novos modelos térmicos e termomecânicos para avaliar a evolução da temperatura, taxa de carbonização e a capacidade resistente das ligações ao longo do tempo de exposição ao fogo. Os modelos consideram a variação das propriedades térmicas e mecânicas dos materiais com a temperatura. Os resultados obtidos mostram que a proteção em gesso contribui para uma redução significativa da propagação do calor no interior da ligação, aumentando o tempo de resistência ao fogo. Verifica-se que o cálculo efetuado com base no Eurocódigo 5 é conservador no dimensionamento de ligações à temperatura ambiente, mas com menor incidência no projeto da resistência ao fogo, não considerando, por exemplo, a influência de parâmetros geométricos e da proteção passiva para o desempenho estrutural. Por fim, e com base nos resultados obtidos, são propostas duas equações úteis para o projeto, com tendência polinomial de segundo grau, permitindo o cálculo da carga resistente de ligações de madeira, com ou sem proteção, em corte simples, função do tempo de exposição ao fogo.
- Balanceamento de linha em contexto de produção de autocarrosPublication . CARVALHAS, JOÃO FRADIQUE MOTA; Martins, Eduardo Jorge Casal CardosoThis dissertation aims to examine the extent to which the use of computational processing in addressing the Assembly Line Balancing Problem constitutes a superior methodological alternative to manual solving approaches. Research is framed within the context of the COBUS assembly line, where the inherent complexity of the optimization process greatly difficult reaching an optimal solution, in the absence of computational support. Indeed, the manual resolution of such problems not only fails to guarantee optimality but also proves to be infeasible when frequent or detailed analyses are required. In light of the limited availability of empirical data, this study is focused on two reduced-scale rebalancing problems derived from the operational configuration of the COBUS assembly line. Both instances exhibit workload imbalances and are characterized through the use of simplified constraint structures, deliberately imposed in order to facilitate problem constraints formulation. For each of these problems, an optimization model was developed in AMPL, with SolverStudio being employed to integrate Microsoft Excel-based input data with the CPLEX solver, thereby enabling the efficient solution generation. Through this procedure, optimal solutions were successfully identified for all problem instances. Results validity and consequent applications are limited by the simplifications incorporated into the modelling process. The findings, nonetheless, provide compelling support for the underlying research hypothesis. Specifically, they suggest that the incorporation of computational processing into the resolution of assembly line balancing problems delivers significant methodological advantages, not only in terms of solution efficiency but also in the reliability and consistency of the outcomes obtained, thereby underlining the value of this solving method as an indispensable tool in contemporary operations management.
- Projeto mecânico de uma máquina industrial para embalar garrafasPublication . LOURENÇO, JOÃO MARIA NETO; Fonseca, Elza Maria MoraisO crescimento da automação industrial dos processos nas linhas de produção tem impulsionado a necessidade de equipamentos cada vez mais rápidos e eficientes, de modo a garantir elevadas cadências de produção e baixos tempos de ciclo. Neste contexto, nesta dissertação apresenta-se o trabalho desenvolvido ao longo do estágio curricular, que decorreu na empresa acolhedora Pentaline®. O objetivo principal consistiu no projeto mecânico de uma máquina industrial engradadora de garrafas, destinada ao processo de embalamento de garrafas em grades, para posterior paletização e exportação. O desenvolvimento deste equipamento industrial baseou-se em soluções existentes no mercado, adaptando e integrando diferentes conceitos de forma a conceber uma configuração otimizada. O projeto mecânico da engradadora incluiu a modelação tridimensional dos componentes e conjuntos, recorrendo ao Solidworks. Neste trabalho, é apresentada não só a constituição e composição dos conjuntos e sistemas, mas também o dimensionamento de diversos elementos funcionais como motorredutores, polias, correias dentadas e cilindros pneumáticos. A análise e verificação estrutural de componentes críticos foi realizada através de cálculos analíticos, sustentados na regulamentação do Eurocódigo 3. Complementarmente, realizou-se a validação estrutural por métodos numéricos através do ANSYS® Student, com recurso ao Método dos Elementos Finitos. Adicionalmente, executaram-se cálculos para otimização das soluções estruturais desenvolvidas, sugerindo-se uma nova seleção de perfis, com o objetivo de redução da massa, do custo e do sobredimensionamento do equipamento. Este trabalho resulta assim, na solução do equipamento proposto, do ponto de vista do projeto mecânico, documentando todos os requisitos exigidos e o desenvolvimento e a constituição dos conjuntos e dos sistemas, demonstrado o processo que conduziu à solução final.
- Otimização estrutural computacional da estrutura do rocker bogie de um rover espacial através de métodos sem malhaPublication . SILVA, JOÃO PEDRO BASÍLIO; Belinha, Jorge Américo de Oliveira Pinto; Rodrigues, Daniel Espírito SantoThe cost of planetary missions is influenced by the mass of the components being transported into space. For this purpose, structural optimization techniques which reduce mass without compromising the mechanical performance of the component can be employed. Through finite element and meshless methods, planetary rovers can be effectively analysed and optimized, resulting in enhanced overall performance and better resilience to the extreme conditions encountered on Mars. This thesis includes a comprehensive literature review on space exploration technologies, as well as on meshless and finite element methods, with particular emphasis on the Radial Point Interpolation Method (RPIM) and the Natural Neighbours Radial Point Interpolation Method (NNRPIM). The accuracy and effectiveness of the selected methods and structural optimization techniques are validated through benchmark examples. After this validation, these methods are applied to the optimization of the suspension system of NASA’s Perseverance Rover, resulting in significantly improved structural performance, including lower Von Mises stress values and increased stiffness compared to the current design. By utilizing meshless methods in the suspension system optimization and analysis, this thesis aims to contribute to ongoing and future research in structural optimization and meshless methods, thereby enriching the existing literature on the subject.