ISEP - DM – Engenharia Mecânica
Permanent URI for this collection
Browse
Recent Submissions
- Desenvolvimento e análise de um atuador de elastómero dielétrico reforçado com fibrasPublication . PEREIRA, RUI ALEXANDRE FERNANDES; Fonseca, Elza Maria MoraisThis dissertation aims to investigate the influence of fiber reinforcement on the behavior of dielectric elastomer actuators and to establish a reproducible methodology for their fabrication, characterization, and modeling. The silicone elastomer Ecoflex 00-10 was selected due to its high flexibility and similarity to other hyperelastic materials used in soft robotics. Mechanical characterization was conducted through uniaxial tensile tests, which enabled the calibration of constitutive models. The Mooney-Rivlin model achieved the best agreement with the experimental data. A comprehensive fabrication protocol was developed, encompassing mold design and auxiliary structures, yielding a success rate of 66,7% for actuators without fibers and 58,8% for actuators with fibers. Analytical and numerical models were implemented to predict electromechanical behavior, with numerical simulations proving more accurate. In contrast, the analytical approach showed limitations due to oversimplifications in boundary conditions and fiber constraints. Experimental evaluation demonstrated that fiber reinforcement can be advantageous under specific conditions. At low-load regimes, reinforced actuators exhibited improved efficiency, with a 53,2% increase, and greater displacements, with a 15,8% improvement, compared to actuators without reinforcement. Conversely, under higher loads, actuators without fibers outperformed the reinforced ones, achieving 45,6% higher efficiency and supporting weights of up to 43 g, equivalent to 72 times their mass. Cyclic tests confirmed the repeatability of performance, and a maximum energy density of 1594,5 J/m³ was obtained, comparable to values reported for other soft actuators. The findings demonstrate that fiber reinforcement significantly alters electromechanical interactions, enhancing performance in low-load conditions while limiting it under demanding loads. This work establishes a solid methodological basis for future studies. It highlights potential optimization paths, including improvements in the fabrication process, reduction of elastomer thickness, exploration of alternative geometries such as multilayer or folded configurations, and the incorporation of materials with higher dielectric permittivity.
- Rendimento de Ciclos de Carga e Descarga em Baterias de Armazenamento de Energia Elétrica Aplicadas em VeículosPublication . ALVES, VASCO ROCHA; Silva, Paulo Jorge Lourenço Ferreira daA eletrificação do setor automóvel torna as baterias recarregáveis centrais para o desempenho e fiabilidade de veículos elétricos e híbridos, mas existe escassez de dados sobre o rendimento energético real em uso quotidiano. Este trabalho avalia experimentalmente diferentes tecnologias de baterias através de ensaios controlados, esclarecendo o seu desempenho real. Inicialmente, é apresentado o estado da arte dos veículos eletrificados, das tecnologias existentes e dos métodos de medição de eficiência em baterias, com destaque para as inovações e limitações atuais no setor automóvel. Foram ensaiadas seis baterias de naturezas distintas – iões de lítio (NCA, NCM+ (estado semi-sólido), LFP), polímero de lítio (Li − Po) e chumbo-ácido do tipo AGM – de modo a representar o panorama atual da aplicação de baterias em veículos. Os ensaios realizados envolveram ciclos de carga-descarga sob várias condições de operação, medindo corrente, tensão e temperatura. A metodologia baseou-se na utilização combinada de um carregador inteligente com uma fonte e multímetro, permitindo registar, com elevada precisão, os perfis de tensão e corrente ao longo dos ciclos, com posterior cálculo da potência e energia acumulada, compreendendo medições experimentais detalhadas, definição das condições de teste e análise comparativa dos resultados obtidos com dados de referência. Neste sentido foram definidos dois casos de estudo: (#1) determinação do rendimento energético em diferentes condições de carga e descarga; e (#2) avaliação da capacidade real comparada com os valores nominais indicados. Nos resultados do Caso de Estudo #1, a eficiência das baterias revelou forte dependência da tecnologia e da faixa de SoC. As baterias de NMC+ mostraram maior eficiência na faixa parcial 20–80 %, enquanto as restantes baterias Li − ion foram mais eficientes em ciclo completo devido à menor corrente aplicada (0.2 C). A bateria de Li −Po destacou-se com eficiência significativamente maior em ciclo completo (95.2% vs. 81.6 %); a bateria AGM manteve valores próximos do de referência mesmo em fim de vida. Globalmente, as eficiências situaram-se entre 88% e 91.4 %. No Caso de Estudo #2, com apenas um ensaio realizado por C-rate, os resultados mostraram energia e capacidade geralmente ligeiramente superiores a 100% das especificações. Ensaios adicionais seriam necessários para maior rigor e minimização de erros. Os resultados reforçam que nenhum sistema atinge 100% de eficiência, sendo as perdas internas um dos aspetos críticos, sobretudo a elevadas taxas de corrente e em ciclos completos. Salienta-se ainda que a eficiência global calculada considera apenas perdas internas da célula, não incluindo BMS, conversores e cablagem, pelo que a eficiência útil real tende a ser inferior aos valores medidos. Conclui-se que a caracterização experimental é essencial para validar informações técnicas e apoiar o desenvolvimento de sistemas de mobilidade elétrica mais fiáveis. O estudo contribui também para a definição de metodologias de ensaio aplicáveis em contextos académicos e industriais, identificando limitações e sugerindo futuras linhas de investigação.
- Impacto da melhoria contínua na sustentabilidadePublication . OLIVEIRA, VÍTOR HUGO SILVA; Sá, José Carlos Vieira deA presente dissertação analisa o contributo da digitalização e da melhoria contínua para a sustentabilidade industrial, com aplicação em duas áreas distintas: a gestão da manutenção e o processo de fosfatação. O principal objetivo deste trabalho consiste em avaliar de que forma a integração de ferramentas digitais e práticas Lean pode promover simultaneamente ganhos de eficiência operacional e de sustentabilidade nas operações industriais. Este estudo procura responder à questão central de como a melhoria contínua pode contribuir para o desenvolvimento sustentável da indústria. Para responder a esta questão, foi adotada a metodologia Action-Research, caracterizada pela intervenção direta no contexto organizacional, permitindo implementar e avaliar mudanças reais nos processos estudados. A integração de um módulo de manutenção num sistema ERP permitiu digitalizar tarefas anteriormente realizadas em papel, eliminando o consumo anual de impressos drasticamente e melhorando a rastreabilidade das intervenções. A centralização da informação possibilitou maior eficiência no planeamento e uma gestão mais fiável dos ativos, refletindo-se ainda num aumento da satisfação geral dos operadores, resultado da simplificação do registo das atividades de manutenção autónoma e da redução do tempo despendido nas tarefas administrativas. Na vertente produtiva, a implementação de medidas de melhoria na linha de fosfatação resultou numa redução de 39 % no consumo de energia elétrica, numa diminuição de 56 % nas emissões de CO₂ e numa redução de 17 % no consumo de água. Estas melhorias foram acompanhadas por ganhos na organização e segurança do posto de trabalho, impulsionados pela aplicação do 5S. Os resultados obtidos traduzem progressos nos três pilares da sustentabilidade — económico, ambiental e social — e contribuem para os ODS 8 (Trabalho Digno e Crescimento Económico), ODS 9 (Indústria, Inovação e Infraestruturas) e ODS 12 (Produção e Consumo Sustentáveis), demonstrando que a integração entre Lean e digitalização é uma via eficaz para uma indústria mais eficiente e sustentável.
- Desenvolvimento e validação de equipamento automático de acompanhamento de quinagemPublication . OLIVEIRA, MIGUEL SANTOS COSTA; Campilho, Raul Duarte Salgueiral GomesA indústria metalomecânica assume um papel determinante na economia nacional, destacando-se como um setor impulsionador da inovação e da produtividade industrial. Entre os diversos processos de conformação de metais, a quinagem de chapas metálicas revela-se essencial, pela sua capacidade de produzir dobras com elevada precisão e robustez estrutural. No entanto, a qualidade da quinagem depende não apenas do desempenho da quinadora, mas também da correta estabilização da chapa durante o processo. Neste contexto, os acompanhadores de quinagem surgem como equipamentos auxiliares fundamentais, concebidos para acompanhar o movimento ascendente da chapa, prevenir deformações indesejadas e garantir a precisão do ângulo obtido. A sua aplicação permite uma melhoria significativa na eficiência e na repetibilidade das operações, pelo que este equipamento se torna uma resposta concreta às exigências crescentes de qualidade, segurança e produtividade na indústria. A presente dissertação teve como principal objetivo o desenvolvimento de um novo modelo de acompanhador de quinagem, capaz de substituir o equipamento atualmente utilizado na empresa. Procurou-se conceber uma solução robusta e funcional que acompanhasse de forma precisa o movimento natural da chapa durante a operação de quinagem, o que garante a segurança do operador e a integridade do material. Para tal, integraram-se conceitos de projeto mecânico, ferramentas CAD, metodologias de dimensionamento estrutural e cinemático, bem como a seleção criteriosa de materiais e processos de fabrico. Adicionalmente, procedeu-se à análise do sistema de acionamento, à estimativa de custos e à comparação da solução proposta com equipamentos concorrentes existentes no mercado. Este trabalho pretendeu ainda reforçar o conhecimento técnico na área dos dispositivos auxiliares de quinagem, ao identificar tendências tecnológicas e propor uma solução viável e otimizada. Como resultado, o acompanhador de quinagem desenvolvido cumpre integralmente os requisitos e limitações definidos, e demonstra elevada funcionalidade e desempenho. A solução apresentada revela-se economicamente mais vantajosa do que o equipamento atualmente em uso, sem comprometer a fiabilidade e a precisão do processo. Desta forma, todos os objetivos estabelecidos foram plenamente atingidos, de modo a validar a proposta como uma alternativa eficaz e competitiva para aplicação industrial.
- Gestão e Direção de obraPublication . COUTO, MIGUEL SOUSA; Ribeiro, Leonardo José da SilvaA presente dissertação tem como principal objetivo analisar a aplicação prática dos conceitos teóricos associados à gestão e direção de obra, com especial atenção à implementação dos sistemas de climatização e ventilação no edifício VIVA Offices. Numa fase inicial, desenvolveuse uma investigação centrada nas metodologias tradicionais e inovadores de gestão de projetos, bem como nas ferramentas avançadas utilizadas neste domínio. A etapa seguinte consistiu na análise técnica do projeto, com base no estudo detalhado do caderno de encargos o que permitiu obter uma visão abrangente da obra, incluindo o funcionamento dos sistemas previstos, a lógica de instalação dos diversos equipamentos e os critérios técnicos definidos para a sua execução. Esta análise revelou-se determinante para uma compreensão aprofundada do projeto e para a preparação do trabalho de campo. A componente prática iniciou-se com o acompanhamento da execução em obra, permitindo observar diferentes fases da instalação, identificar os procedimentos adotados e compreender a estratégia definida para a conclusão dos trabalhos, numa fase intermédia da empreitada. A experiência adquirida, aliada ao estudo das metodologias de gestão, possibilitou uma reflexão fundamentada sobre os métodos de planeamento e controlo aplicados, os quais foram comparados com abordagens alternativas reconhecidas pela sua eficácia na gestão de projetos.
- Melhoria das operações de um serviço hospitalar com base nos princípios do Modelo ShingoPublication . CORREIA, RAFAELA NOVO; Sá, José Carlos Vieira deA eficiência na gestão de processos hospitalares e a transparência na comunicação entre serviços são fatores críticos para a qualidade do cuidado prestado e para a segurança dos pacientes. No contexto da Unidade de Reprocessamento de Dispositivos Médicos da Unidade Local de Saúde do Alto Minho, a presente investigação procurou responder à questão: “De que forma os princípios baseados no Modelo Shingo podem apoiar a melhoria do desempenho organizacional na Unidade de Reprocessamento da ULSAM?”. A metodologia adotada seguiu uma abordagem de investigação-ação, combinando um inquérito dirigido aos colaboradores do serviço, baseado nos princípios do Modelo Shingo, com a observação direta dos processos. O inquérito, constituído por 244 questões avaliadas numa escala de 1 a 5, evidenciou que 22 questões registaram médias entre 4,5 e 5, 13 obtiveram média igual ou inferior a 3,5, indicando as áreas com maior potencial de melhoria, e 209 questões apresentam médias no intervalo. A categoria Frequência foi a melhor avaliada, enquanto Alcance apresentou a menor média. Verificou-se ainda que os Enfermeiros atribuíram classificações mais baixas do que os Técnicos Auxiliares de Saúde em todas as dimensões avaliadas. No decurso da análise, identificaram-se lacunas na comunicação de incidentes, na rastreabilidade de informação na valorização das opiniões dos colaboradores, assim como ineficiências nos processos que comprometiam o alinhamento organizacional e a eficácia operacional. O Modelo Shingo foi utilizado com referencial de excelência operacional e melhoria contínua, garantindo que as soluções propostas respeitam o alinhamento empresarial, a melhoria contínua e facilitadores culturais. Depois de analisados os resultados, foi desenvolvida e implementada, em contexto real, a funcionalidade “Reclamações” na aplicação Instacount, centralizando o registo e acompanhamento de ocorrências, eliminando falhas de comunicação informal e promovendo a transparência e acessibilidade a todos os interessados, aspetos críticos detetados. Para apoiar a utilização do sistema, foram elaborados três manuais, totalmente guiados para realizar a inserção de novos incidentes, alteração da base de dados e a gestão dos incidentes. A intervenção foi validada pelos colaboradores, confirmando que a solução respondia a necessidades reais do serviço, mostrandose relevante e alinhada aos princípios do Modelo Shingo. Este trabalho contribuiu para a consolidação de uma cultura de melhoria contínua, promoção da transparência, padronização e otimização da gestão de reclamações, reforçando a aplicabilidade dos princípios baseados no Modelo Shingo no contexto hospitalar.
- Implementação de microplaneamento e melhoria de desempenho de uma máquina CNCPublication . MARTINS, RICARDO MIGUEL SILVA; Martins, Eduardo Jorge Casal CardosoA presente dissertação teve como objetivo o desenvolvimento de uma abordagem de microplaneamento e melhoria do desempenho de uma máquina CNC da empresa Jofebar, integrada num contexto industrial altamente competitivo. Partindo da análise detalhada do processo produtivo, foram identificadas as principais limitações relacionadas com os tempos de setup, paragens não planeadas e ineficiência no escalonamento da produção. Para apoiar a melhoria do processo, recorreu-se à construção de um Value Stream Mapping, ao levantamento dos tempos de setup e à análise de indicadores de desempenho. Foi desenvolvida uma nova lógica de sequenciamento de perfis, implementada através de um algoritmo baseado na heurística Iterated Greedy, programado em Python e aplicado à matriz de tempos de setup entre famílias de perfis de caixilharia. A aplicação desta ferramenta demonstrou elevada eficácia na definição de sequências de produção mais eficientes, em comparação com a lógica anteriormente utilizada. A validação em ambiente fabril evidenciou reduções significativas no tempo total de setup, aumentos na estabilidade do planeamento e ganhos expressivos no tempo efetivo de trabalho da máquina. Com a nova lógica de sequenciamento, verificou-se um aumento de 82% do tempo em trabalho, uma redução de 50% do tempo em espera e uma diminuição de 68% do tempo de alarme. Estes resultados permitiram elevar a produção média por turno de 51 m² para 102 m², representando 79% da procura diária, face aos 44% registados seguindo a lógica de sequenciamento de ordens de produção. O trabalho desenvolvido comprova o potencial da integração de heurísticas no microplaneamento industrial, abrindo caminho a futuras melhorias na gestão dos recursos produtivos.
- Estudo de superfícies de corrosão com recurso a técnicas de tratamento de imagemPublication . SOUSA, RITA EMANUEL PINTO DE; Magalhães, António GonçalvesA corrosão constitui um fenómeno que afeta diretamente a durabilidade e o desempenho dos materiais metálicos, sobretudo em ambientes sujeitos a variações significativas de salinidade. O mercado atual disponibiliza uma ampla variedade de soluções para a seleção do material mais adequado a uma aplicação específica, sendo o conhecimento das vantagens e limitações de cada alternativa um fator determinante no processo de decisão. Em serviço, a quantificação precisa da área corroída é essencial para avaliar a extensão do dano e definir estratégias de mitigação adequadas. Nesse sentido é fundamental o desenvolvimento de técnicas de observação e controlo expeditas. As técnicas que utilizam o tratamento de imagem aparecem como uma boa solução, embora se possam apontar algumas limitações que envolvem a captação nas condições adequadas à realização do tratamento. Atualmente, os estudos relacionados com este tema recorrem a ferramentas abertas como o ImageJ ou rotinas personalizadas em MATLAB/Python pois oferecem flexibilidade e são acessíveis. Porém, softwares específicos para corrosão são raros e resultam de adaptações dos softwares ao problema em questão, realizadas caso a caso. Ainda assim, o desenvolvimento de ferramentas de processamento de imagem tem-se revelado promissor na superação das principais limitações. A presente dissertação constitui um passo no sentido de desenvolver futuramente uma aplicação dedicada à análise da velocidade de corrosão em componentes em serviço recorrendo a técnicas de tratamento de imagem. O seu objetivo centra-se na utilização de softwares como o ImagJ e no desenvolvimento e utilização de software dedicado para avaliar a importância no resultado que alguns dos parâmetros de captação de imagem e préprocessamento possam ter. No estudo foi considerado o efeito de diferentes filtros (nitidez e contraste) e nível de deteção (automático e manual) na determinação da percentagem da área corroída. Adicionalmente foi estudado o pré-processamento das imagens e a sua influência na qualidade das imagens para garantir fiabilidade dos resultados. Os resultados encontrados mostram que é possível otimizar o processo, torná-lo mais simples e menos dependente de ajustes pontuais, evidenciando a viabilidade da análise do fenómeno de corrosão dos materiais através da metodologia de tratamento de imagem.
- Otimização do controlo produtivo com base nos índices de capacidadePublication . TOMAZI, LEONARDO MOREIRA; Ávila, Paulo António da SilvaEste projeto foi desenvolvido nas instalações da empresa Azurea Portugal, no seguimento da proposta por parte desta para procurar reduzir o controlo produtivo, com base nos índices de capacidade. A empresa, localizada na Maia, pertence ao Grupo Azurea, com sede na Suíça, onde se produz microcomponentes de precisão, com ênfase na indústria da relojoaria. Deste modo, após a exposição ao desafio, iniciou-se o desenvolvimento deste projeto com a escolha de um produto e devido departamento, para eventual análise aos indicadores ao nível da capacidade e performance do seu processo produtivo. Desta maneira, seria possível ajustar os níveis de capacidade que permitiriam, possivelmente, redirecionar os recursos de forma mais assertiva, com base no processo interno da empresa, de forma a poupá-los em processos estáveis e direcioná-los a outros que necessitassem de maior atenção. Porém, ao longo da análise detetou-se situações que colocavam entraves no desenvolvimento do projeto e, por isso, com recurso ao diagrama de Ishikawa, foram realizados vários testes até ser possível chegar a uma conclusão, que permitiu continuar com o processo a analisar. No seu seguimento, realizou-se várias verificações e supressões de controlos, que permitiu analisar o seu impacto nos indicadores de capacidade. Esta análise possibilitou ainda que fosse reduzido o tempo de controlo diário que a empresa tinha estipulado, com base nos regulamentos internos.
- 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.