Departamento de Engenharia Electromecânica
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Browsing Departamento de Engenharia Electromecânica by Field of Science and Technology (FOS) "Engenharia e Tecnologia"
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- Análise e diagnóstico não invasivo de avarias em rolamentos de motores de indução trifásicosPublication . Barreno Barreno, Juan Angel; Bento, Fernando José Figueiredo; Cardoso, António João MarquesO presente trabalho de dissertação foca-se no diagnóstico de avarias em rolamentos, componentes mecânicos essenciais nas máquinas elétricas rotativas, destacando-se o motor de indução como uma das máquinas elétricas mais utilizadas a nível industrial devido às suas características operacionais, tais como simplicidade, elevado rendimento e facilidade de manutenção. Nos motores de baixa e média potência, a maior taxa de avarias ocorre nos rolamentos, e para o seu diagnóstico, propõe-se a implementação de métodos não invasivos, onde a corrente elétrica do estator se apresenta como uma das opções mais viáveis. Para esta análise, foram aplicadas duas técnicas: a Short-Time Fourier Transform (STFT) e o Extended Park’s Vector Approach (EPVA), ambas fundamentadas no domínio da frequência, sendo que a STFT permite, adicionalmente, uma análise no domínio do tempo. Com o objetivo de otimizar os resultados do diagnóstico, propõe-se uma abordagem híbrida que combina as vantagens das duas técnicas, permitindo uma avaliação precisa do comportamento da frequência ao longo do tempo e a identificação do tipo de avaria que afeta o rolamento. A eficácia destas técnicas, bem como a sua combinação, foi validada através de ensaios num motor de indução trifásico de 2,2 kW, equipado com rolamentos que apresentam avarias típicas, tais como o pitting. Os resultados foram satisfatórios, mostrando que cada método foi capaz de detetar sintomas provocados pelas avarias, como o aumento de energia nos primeiros harmónicos e distorções ao longo do tempo nas frequências caraterísticas do rolamento. Este estudo reforça a importância do diagnóstico não invasivo, que oferece vantagens significativas como simplicidade, baixo custo e utilidade em aplicações de difícil acesso, onde os métodos convencionais de diagnóstico não seriam viáveis.
- Desempenho do sector de energias renováveis e o sector de tecnologias, o preço do petróleo e taxas de juro: Uma abordagem de Cointegração ARDL utilizando o teste dos LimitesPublication . Santos, Francisco Bernardo Lopes Baptista dos; Monteiro, João DionisioUma economia encontra-se dependente da utilização de energia para o seu normal funcionamento. As energias fósseis ainda representam a maior percentagem da utilização de energia, sendo que surge a necessidade de mudança do panorama energético para fontes de energia renovável. Compreender como o mercado do petróleo bruto, o mercado das tecnologias e as taxas de juro impactam o mercado de fontes de energias renováveis, apresenta uma importância crescente para investidores e para os decisores políticos, uma vez que contribui para a formulação de políticas públicas, a realização de melhores investimentos, melhores utilizações de recursos, orientados para um cenário energético menos dependente de combustíveis fósseis. Para explorar estas relações o presente trabalho utiliza o modelo ARDL, baseado no teste de Limites de Kripfganz e Schneider (2023), para examinar a existência de relações de longo prazo, i.e., relações de cointegração, e identificar as variáveis que determinam a evolução a longo prazo do desempenho das empresas do sector de energia renovável. As variáveis utilizadas no modelo para explicar o comportamento a longo prazo do setor de energia renovável são: preço do petróleo, índice acionista de empresas do sector tecnológico e taxa de juro. O modelo ARDL é estimado na forma de correção do erro e os procedimentos de inferência à cointegração baseiam-se no teste dos Limites. Além da análise aos efeitos de longo-prazo, a estimação do modelo em forma de correção de erro permitiu analisar os efeitos a curto prazo do mercado do petróleo bruto, do mercado das tecnologias e as taxas de juro sobre o mercado de fontes de energias renováveis. Os resultados sugerem que a evolução do desempenho a longo prazo do sector das energias renováveis não é determinada pela evolução do preço do petróleo, pelo desempenho das empresas do sector tecnológico e pela evolução da taxa de juro, traduzindo-se na inexistência de cointegração entre as variáveis em estudo. Em termos de efeitos de curto prazo, e sendo estes expectáveis, verifica-se que os preços das ações de empresas de energias renováveis são afetados pelo preço do petróleo, pelo preço das ações de empresas de tecnologias e pela taxa de juro.
- Desempenho Mecânico de Filamento rPET obtido por Termoformagem para Fabrico AditivoPublication . Pires, Pedro Nabais; Aguiar, Martim Lima de; Vieira, André Ferreira CostaA popularização do uso de impressoras 3D em ambientes domésticos reflete o avanço tecnológico que estamos a viver, mas também suscita preocupações ambientais, particularmente no que diz respeito à poluição por plástico. Embora a reciclagem seja vista como uma solução para a poluição, a sua eficácia é questionável, sendo que muitas vezes gera mais resíduos do que soluções. O aumento da produção de plástico e o descarte inadequado de produtos como garrafas PET agravam este problema. Este estudo pretende apresentar uma alternativa para a reciclagem de garrafas PET, transformando-as em filamento para impressoras 3D. A ideia central é promover a independência dos utilizadores na produção de filamento, reduzindo o lixo doméstico e, consequentemente, a poluição ambiental. A máquina desenvolvida neste trabalho oferece uma solução inovadora para a gestão de resíduos, que pode ser recriada e utilizada para uso pessoal ou mesmo em ambientes como universidades, tornando a reciclagem de garrafas PET acessível e com uma recompensa direta para quem a faz. Ao focar-se inicialmente em garrafas PET devido à sua abundância e facilidade de reciclagem, o equipamento procura simplificar o processo de produção de filamento. No entanto, existe margem para futuras melhorias, tais como o tratamento de outros materiais termoplásticos ou a adição de fibras para melhorar as propriedades mecânicas do filamento. Este trabalho não só contribui para mitigar a poluição por plástico, como também promove uma cultura de sustentabilidade e responsabilidade ambiental, salientando a importância de soluções práticas e acessíveis para enfrentar os desafios ambientais globais.
- Desenvolvimento e análise experimental de atuadores a plasma baseados em polímeros eletroativos para controlo ativo de escoamentos e mitigação de acumulação de geloPublication . Mbanguine, Leonardo Alberto; Marques, José Carlos Páscoa; Rodrigues, Frederico Miguel FreireOs atuadores a plasma de barreira dielétrica de descarga (DBD) são dispositivos eletrónicos com grande interesse nas áreas da indústria aeronáutica e eólica, particularmente para aplicações de controlo de escoamento e degelo. A presente dissertação tem como objetivo propor e estudar uma nova classe de atuadores a plasma baseado em polímeros eletroativos (EAP). Este novo tipo de atuador, para além das capacidades de um atuador a plasma convencional, apresenta ainda a capacidade de geração de movimento da sua superfície dielétrica, através de ativação eletrostática, que promove a remoção de gelo. Primeiramente, foi selecionado um elastómero dielétrico e uma graxa condutora com características especificas para viabilizar o novo conceito de atuador EAP. Estes materiais foram utilizados para fabricar atuadores a plasma e foi demonstrado que permitem eficazmente gerar uma descarga de plasma semelhante à gerada por atuadores convencionais. Posteriormente, o polímero eletroativo foi testado com níveis de alta tensão DC e foi quantificada a percentagem de aumento de área da superfície por ação das forças eletrostáticas. Seguidamente, foram construídos três atuadores EAP com espessuras de camada dielétrica diferentes (1mm, 2mm e 3mm) e foram analisados minuciosamente quanto ao seu comportamento elétrico, comportamento fluido dinâmico e comportamento térmico. Estas análises foram também realizadas para atuadores convencionais de Kapton, com a mesma definição geométrica, de modo a comparar os resultados com um atuador a plasma DBD de referência. Os resultados demonstraram que para níveis de tensão mais elevadas o polímero pode atingir um aumento de cerca de 100% da sua área superficial. Para além disso, foi demonstrado que o atuador EAP consegue gerar velocidades de escoamento induzido superiores a 3 m/s, sendo por isso viável para funções de controlo de escoamento. Por último, verificou-se que os atuadores EAP, à semelhança com atuadores a plasma convencionais, proporcionam um aumento considerável da temperatura de superfície, podendo atingir temperaturas superiores a 100 ºC.
- Driving Healthcare Monitoring with IoT and Wearable Devices: A Systematic ReviewPublication . João Pedro da Silva Baiense; Zdravevski, Eftim; Coelho, Paulo Jorge Simões; Serrano Pires, Ivan Miguel; Velez, Fernando J.Wearable technologies have become a significant part of the healthcare industry, collecting personal health data and extracting valuable information for real-time assistance. This review article analyzes 35 scientific publications on driving healthcare monitoring with IoT and wearable device applications. These articles were considered in a quantitative and qualitative analysis using the Natural Language Processing framework and the PRISMA methodology to filter the search results. The selected articles were published between January 2010 and May 2024 in one of the following scientific databases: IEEE Xplore, Springer, ScienceDirect (i.e., El- sevier), Association for Computing Machinery (ACM), Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI), or PubMed Central. The analysis considers population, methods, hardware, features, and communications. The research highlights that data collected from one or numerous sensors is processed and accessible in a database server for various uses, such as informing professional careers or assisting users. The review sug- gests that robust and efficient driving healthcare monitoring with IoT and wearable devices applications can be designed considering the valuable principles presented in this review.
- Fractal Patch Antenna based on Photonic Crystal for Enhanced Millimeter-Wave Communication in Intelligent Transportation SystemsPublication . Bagheri, Nila; Peha, Jon; Velez, Fernando J.; VelezThis paper introduces a Fractal Patch Antenna (FPA) integrated with Photonic Crystals (PhC) designed for Intelligent Transportation Systems (ITS) in the Millimeter-wave bands (mmWaves) given the importance of the application of mmWaves in Vehicle-to-Everything (V2X) networks, we assumed, as examples, that the antenna is designed to resonate at three frequency bands: 31.42 GHz, 37.76 GHz, and 38.92 GHz. With a gain of 10.88 dBi, at 38.92GHz, the antenna demonstrates promising signal reception and transmission capabilities, which are anticipated to be important for ITS operations. The antenna bandwidth covers multiple frequency bands, enabling versatile communication in mmWaves V2X applications. To evaluate the performance of the antenna, we conducted a detailed analysis of its configuration. This included a comparison of the antenna with and without the PhC integration, as well as an exploration of rectangular lattice structure. In addition, variations in hole sizes and spacing were examined to assess their impact on key parameters such as the gain and reflection coefficient. The integration of fractal geometry and PhC structures results in a compact, high-performance antenna suitable for mmWave communication. The integration of fractal geometry and PhC structure results in compactness and high performance in mmWaves communication applications. Through simulation and analysis, including radiation pattern, gain, and reflection coefficient plot assessment, the antenna performance is thoroughly evaluated. The study highlights the potential of the proposed FPA-PhC antenna configuration to enhance communication networks within the ITS, significantly advancing the ITS system with support from the mmWave bands.
- Implementação de Estratégias de Melhoria Contínua numa Linha de Tratamento de Peças MetálicasPublication . Alves, Gabriel Lage; Costa, Tiago Manuel Dias Candeias da; Lima, Tânia Daniela Felgueiras de MirandaEste relatório de estágio aborda a implementação de estratégias de melhoria contínua numa linha de tratamento de peças metálicas, com destaque para a redução dos tempos de setup num equipamento semiautomático, a Mepsa CNC. Trata-se de um problema comum que afeta a eficiência produtiva, a competitividade nas indústrias, reduz a flexibilidade e aumenta os custos operacionais. O objetivo principal foi otimizar este processo na Mepsa CNC e melhorar a eficiência operacional, utilizando ferramentas Lean. A abordagem metodológica adotada foi científica e quantitativa, iniciando-se com um enquadramento teórico sobre a filosofia Lean, seguida do caso de estudo, no qual foi aplicada a metodologia Single Minute Exchange of Die (SMED). A implementação das propostas de melhoria prevê uma redução significativa dos tempos de setup, aumentando a eficiência operacional e a disponibilidade do equipamento. Especificamente, com as melhorias de curto prazo, é possível reduzir o tempo de setup em 34,19%, enquanto a médio/longo prazo esta redução poderia atingir 52,47%. Estes resultados implicariam um aumento da disponibilidade do equipamento em 2,95% a curto prazo e 4,52% a médio/longo prazo. Sendo importante considerar que existem outros parâmetros que influenciam a disponibilidade e, consequentemente, o OEE, o que justifica estas variações percentuais relativamente pequenas. Apesar disso, foi também identificado que a Mepisurfaces enfrentava uma perda financeira semanal de cerca de 230€, o equivalente a 12.000€ anuais, devido aos tempos de setup. No entanto, com a implementação das melhorias de curto prazo esta perda poderia ser reduzida em 4.000€ por ano, enquanto com as de médio/longo prazo em 6.000€ anuais.
- Implementação do Lean Manufacturing numa Empresa MetalomecânicaPublication . Costa, Gonçalo Pinto da; Madeira, Maria José Aguilar; Viana, JúlioO contexto geral da indústria evoluiu significativamente, na atualidade, os mercados são extremamente competitivos e os consumidores tornaram-se mais exigentes, tanto em termos de qualidade como de inovação. A globalização intensificou-se, o que significa que as empresas já não competem apenas a nível local, mas também num cenário global. Esta dinâmica obriga as organizações a adaptarem-se rapidamente face às novas tendências e a garantir que os seus produtos e/ou serviços correspondem aos elevados padrões exigidos pelos clientes e consumidores. A sua satisfação é agora um fator determinante para o sucesso empresarial, impulsionando as organizações na procura constante pela melhoria continua. Surge como resposta a esta nova realidade empresarial o conceito de Lean Manufacturing (LM), cujo objetivo é aumentar o valor ao consumidor e reduzir ao máximo os desperdícios que advém da produção. Este relatório de estágio envolveu a implementação da filosofia Lean Manufacturing, com especial foco na aplicação de ferramentas Lean no contexto duma empresa metalomecânica, que se dedica ao fabrico e construção de estruturas metálicas para diversos setores de atividade. Para compreender o estado atual do sistema produtivo, foram realizadas observações no chão de fábrica e a pequenas entrevistas informais com os trabalhadores, permitindo identificar as principais dificuldades enfrentadas no dia a dia. As ferramentas Lean, são amplamente utilizadas em inúmeras indústrias em todo o mundo, principalmente na área da produção, permitindo a otimização de processos, a eliminação de possíveis desperdícios e o aumento da eficiência operacional. Além disso, a melhoria contínua promovida por esta filosofia resulta num incremento significativo da qualidade dos produtos, garantindo uma maior satisfação dos clientes e um melhor desempenho global da organização.
- Importância dos custos logísticos na cadeia de abastecimento do setor metalomecânicoPublication . Costa, Juliana de Almeida; Morais, Flávio Daniel CorreiaA logística é um componente estratégico na cadeia de abastecimento, particularmente no setor metalomecânico, que envolve a produção e transformação de metais em componentes e estruturas complexas. Este trabalho visa analisar a gestão dos custos logísticos neste setor, uma vez que a literatura existente é limitada nesse contexto. Para isso, foi aplicado um questionário a empresas do setor metalomecânico a nível europeu, com o objetivo de avaliar as práticas logísticas, os desafios e os resultados alcançados. No total, foram contabilizadas cerca de 87 respostas de empresas de 9 países. Além disso, verificou-se que 36,8% das empresas analisadas atuam diretamente no segmento da transformação, utilizando predominantemente o transporte rodoviário como principal meio de distribuição, o que reflete a sua flexibilidade e adequação às operações regionais. O estudo também identificou uma dualidade nas estratégias de mercado: enquanto 28 empresas têm maior concentração no mercado interno, outras 17 adotam uma abordagem de exportação quase exclusiva, evidenciando diferentes abordagens competitivas. Quanto às práticas logísticas, a Incoterm ExWorks (EXW) foi a mais utilizado, sinalizando uma preferência por transferir responsabilidades e custos para os clientes. Adicionalmente, 55 empresas relataram que os custos logísticos afetam diretamente a sua competitividade. Este estudo conclui que a otimização dos custos logísticos é crucial para a competitividade no setor metalomecânico, sendo necessário um maior alinhamento com as melhores práticas globais para incrementar a eficiência logística e reduzir custos operacionais.
- Integração da Filosofia Lean com Tecnologias da Indústria 4.0 para Otimização da Produtividade numa Empresa do Setor MetalomecânicoPublication . Marçal, João Filipe da Silva; Lima, Tânia Daniela Felgueiras de MirandaA crescente procura por flexibilidade e desenvolvimento tecnológico força as empresas a adaptarem-se, procurando capacitar os trabalhadores para lidar com tecnologias em campos como a robótica e a análise de dados, e projetar os seus sistemas para uma fácil integração das tecnologias da Indústria 4.0. Os robots colaborativos, que combinam a velocidade e precisão dos robots com a adaptabilidade humana de forma segura, permitem melhorar a produtividade e eficiência dos processos aos quais são alocados. A integração deste novo paradigma com o Lean Manufacturing permite potencializar as suas ferramentas, ajustando-as à nova realidade industrial, promovendo uma maior eficiência e flexibilidade nos processos produtivos. A presente dissertação tem como objetivo o estudo de implementação de um robot colaborativo em diferentes postos de trabalho, procurando aumentar a produtividade e eficiência das operações, na empresa Ciclo Fapril. Para alcançar esse objetivo foi seguida uma metodologia de caso de estudo, no qual foram analisados três postos de trabalho de modo a avaliar os possíveis ganhos da implementação do robot nessas estações para a produção de três componentes afetos a cada uma delas. Os resultados do presente estudo foram obtidos com recurso a simulações, sendo que estas indicam que a implementação do equipamento resultaria num aumento de produção de 71,4% na operação de furação de aros para camas de hospital, gerando uma poupança anual de 20.119 euros, com um retorno do investimento em 7,1 meses. Para a operação de curvatura de tubos para quadros de bicicletas infantis, a produtividade aumentaria em 36,4%, com uma poupança anual de 15.761 euros e um retorno em 9,1 meses. Para a maquinação de tubos para suportes de guiadores, a produtividade aumentaria em 32,8%, com um ganho anual de 9.430 euros e um retorno do investimento em 15,2 meses.. Juntamente à implementação do robot colaborativo, a adoção de outras tecnologias que permitam aproximar os postos de trabalho da digitalização permitirá também minimizar desperdícios e promover o desenvolvimento da empresa.