Departamento de Engenharia Electromecânica
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Browsing Departamento de Engenharia Electromecânica by Field of Science and Technology (FOS) "Engenharia e Tecnologia::Engenharia Eletromecânica"
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- Uma abordagem experimental ao vento iónico gerado por um atuador a plasmaPublication . Santos, Guilherme Filipe Tomé Pereira; Marques, José Carlos PáscoaEsta dissertação teve como objetivos principais o estudo, projeto, construção e avaliação, de dois sistemas de visualização de escoamento, nomeadamente de dois sistemas schlieren, cujo objetivo final será o emprego destes sistemas como instrumentos de estudo para atuadores a plasma do tipo DBD. Com o intuito de melhor compreender o vento iónico, um fenómeno característico dos atuadores a plasma, que consiste na formação de um ”‘sopro”’, uma movimentação de ar, que se dá no mesmo sentido em que se dá a formação das descargas de plasma. No decorrer da presente dissertação, o leitor é guiado pelo processo de criação de dois sistemas schlieren, sistemas estes que após o seu correcto projecto e sua correta montagem, nos permitiram realizar uma vasta gama de ensaios, alguns dos quais temos o prazer de partilhar com o leitor interessado. Existem neste estudo dois tipos principais de ensaios, um desses tipos tem como objetivo principal o estudo do próprio sistema schlieren, a sua calibração, o outro grupo de ensaios visa primeiramente testar o desempenho dos sistemas construidos na avaliação do escoamento induzido por atuadores a plasma, e por fim claro avaliar o próprio escoamento induzido. Apesar de ambos os sistemas schlieren projetados, terem objetivos diferentes, no que ao estudo do escoamento induzido diz respeito, ambos permitem a visualização do escoamento induzido, por esse motivo é também feita uma pequena comparação entre as visualizações obtidas por ambos os sistemas aqui desenvolvidos. São também realizados ensaios por forma a testar os componentes constituintes de cada um dos sistemas. As dimensões dos alinhamentos utilizados, foram rigorosamente cumpridas, sendo que estas se apresentam como uma das melhores maneiras de melhorar a resolução dos sistemas. Testaram-se atuadores de plasma do tipo DBD, que foram previamente montados em uma superfícies plana e devidamente colocados no local de teste dos alinhamentos Schlieren desenvolvidos, por forma a ser possivel visualizar o escoamento induzido pelo mesmo, fenómeno esse que é invisível a olho nú. Os sistemas schlieren mostraram-se sensiveis o suficiente para serem capazes de produzir resultados relativamente ao escoamento induzido pelo atuador a plasma. A técnica de schlieren orientado para fundo é aqui proposta pela primeira vez para analisar quantitativamente o campo de temperaturas criado, por atuadores a plasma do tipo DBD em funcionamento.
- Adaptabilidade dos Circuitos de Aquecimento Central Domiciliares ao Arrefecimento por meio de TermoconvectoresPublication . Gonçalves, Telma Farinha; Miranda, Alexandre Borges de; Nepomuceno, Miguel Costa SantosNos dias de hoje, grande parte das casas já vêm equipadas com um sistema de aquecimento central. Assim, o objetivo desta dissertação é fazer um estudo acerca da adaptação do sistema já existente de modo a que seja capaz de fazer arrefecimento. Com esse objetivo em mente, é necessário efetuar algumas alterações ao mesmo. Essas alterações passam por ser necessário substituir os radiadores, pois estes conseguem distribuir o calor, mas não conseguem fazer o mesmo com o frio. É necessário fazer um estudo acerca do fluido a utilizar no sistema, visto que dependendo das temperaturas de funcionamento poderá haver problemas de solidificação. É preciso instalar um ‘depósito de frio’, de modo a ter uma fonte fria para fazer a distribuição de frio. É necessário encontrarem-se soluções no sentido de viabilizar o sistema conjunto de produção/distribuição de frio/calor. As soluções propostas para este estudo passam pelo uso de ventiloconvectores para substituir os radiadores, poderá ser necessário usar água com anticongelante, de modo a evitar que haja solidificação da água dentro dos tubos. É imprescindível arrefecer o depósito, pelo que a solução proposta é um sistema de bomba de calor ar-água que seja capaz de produzir frio e calor.
- Algoritmo para estimação dos parâmetros equivalentes de modelos elétricos de baterias de iões de lítioPublication . Martinho, João Martins; Calado, Maria do Rosario Alves; Pombo, José Álvaro NunesAs fontes renováveis são cada vez mais utilizadas na produção de energia elétrica em todo o mundo. À medida que a população global aumenta e os respetivos preços das tecnologias de produção diminuem, prevê-se um aumento exponencial da sua utilização. Face às características intrínsecas dos recursos naturais, as soluções de armazenamento da energia elétrica são cada vez mais importantes e determinantes no balanço energético. O recente crescimento exponencial da eletrificação e mobilidade elétrica tem sido um fator determinante no aumento da produção de sistemas de armazenamento de energia, principalmente de baterias de lítio. De entre as várias soluções disponíveis, as baterias de lítio apresentam-se, atualmente, como a tecnologia mais madura para suportar as soluções de armazenamento atuais. O presente trabalho tem como objetivo o estudo da impedância das baterias de lítio através da técnica de Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIS). Para modelar a bateria, desenvolveu-se um modelo equivalente elétrico baseado nesta técnica. Os dados obtidos são analisados através de gráficos de Nyquist. Para reduzir o erro encontrado entre os resultados estimados e os obtidos experimentalmente, foi desenvolvido um algoritmo de otimização capaz de extrair os parâmetros elétricos do modelo. Desta forma, os resultados estimados são equivalentes aos obtidos experimentalmente. Esta modelação matemática foi feita para diferentes condições de funcionamento, i.e., diferentes estados de carga da bateria e diferentes valores de temperatura. Pretendeu-se avaliar o desenvolvimento do estado de saúde da bateria, pelo que se provocou um envelhecimento cíclico à bateria e procedeu-se a uma análise posterior. No final são estudados os gráficos de Nyquist, os parâmetros estimados e a progressão da degradação do estado da bateria é analisada.
- Análise da maquinabilidade de componentes em latãoPublication . Santos, José Alexandre Esteves dos; Correia, Hélder Joaquim Dinis; Pimentel, Pedro Henrique da SilvaEsta dissertação é o culminar de um estágio curricular realizado na empresa Mepisurfaces Lda. Esta empresa dedica-se ao polimento de componentes para artigos de luxo e recentemente à maquinação dos mesmos, componentes estes constituídos por ligas de latão com chumbo residual na sua composição. De todos os elementos presentes, o chumbo tem especial importância no processo de maquinagem, uma vez que opera como lubrificante possibilitando diminuir os esforços de corte. Devido a pressões internacionais, existe a necessidade de reduzir cada vez mais a presença do chumbo nas ligas de latão dos componentes, com um teor residual de até 0,25% da massa. Esta redução exerce pressão sobre o setor de maquinagem, sendo esperada uma diminuição da maquinabilidade do material. No que à maquinagem diz respeito, as diferenças embutidas pelo ???? nas ligas ???? - ???? são consideráveis, pelo que se procurou então a maquinabilidade da liga de latão empregue na empresa. Nesse sentido, foram realizados diversos ensaios com vista à caraterização do material. As ferramentas de corte são um dos elementos com maior impacto económico no processo produtivo, pelo que é essencial o seu estudo para compreender a sua influência no processo. O presente trabalho procura apresentar vantagens e/ou desvantagens de soluções de engenharia. Uma das propostas foi a influência do número de insertos de uma fresa no acabamento superficial dos componentes maquinados.
- Análise do potencial da energia das ondas no litoral de angola para a produção de eletricidadePublication . Comboio, Graciano Agostinho Camilo; Calado, Maria do Rosario AlvesO setor energético é um dos que oferece maiores desafios para Angola. O Governo angolano tem realizado várias ações para melhorar o sistema elétrico; não obstante, os resultados continuam longe de satisfazer as necessidades reais de desenvolvimento e as expetativas da população. Por isso, há ainda um longo caminho a percorrer; é fundamental a organização, investimento e a regulação para tornar a eletricidade mais acessível à população. Anualmente, a procura de eletricidade no país cresce em média cerca de 12% e esse número tende a aumentar à medida que o tempo passa. Assim, é necessário criar condições para a estabilização do fornecimento de energia elétrica com fiabilidade; reabilitar, construir e expandir as infraestruturas; interligar os sistemas de produção de eletricidade (Norte, Centro e Sul) e regional (SADC); implementar um tarifário justo, que reflita os custos, de modo a estimular o investimento; melhorar a eficiência e qualidade do produto e serviços de fornecimento. O Plano de Ação do Ministério da Energia e Águas (MINEA), para o período de 2013-2017, reforçou o foco em grandes centrais hidroelétricas através da construção de 2.060 MW para Laúca e de 960 MW para Cambambe II. Atualmente, estes projetos já se encontram em fase de conclusão. Entretanto, existem outros projetos hidroelétricos importantes planeados e alguns que já estão em fase de construção, nomeadamente o de Caculo Cabaça (será o maior aproveitamento hidroelétrico do país), Jamba-Ya-Mina, Jamba-Ya-Oma e Baynes, que é um projeto conjunto com a Namíbia, localizado na fronteira. Olhando para as alterações climáticas que têm ocorrido no mundo, devido à elevada quantidade de gases na atmosfera, como o dióxido de carbono, é responsabilidade de cada Governo criar políticas para o desenvolvimento do país de forma sustentável e limpa, por forma a se reduzir ao máximo os níveis de poluição, contribuindo assim para uma vida saudável na terra. A energia desempenha em qualquer país um papel essencial no desenvolvimento económico e social, proporcionando a elevação dos padrões de qualidade e de bem-estar da população. Assim sendo, Angola reviu em 2014 A Lei Geral da Eletricidade, datada de 31 de Maio de 1996, surgindo com novas Políticas e Estratégia de Segurança Energética Nacional, através do Decreto presidencial n.º 256/11, de 29 de Setembro aprovada em 2008, que define as principais orientações estratégicas para o setor da energia, incluindo a redefinição do quadro institucional vigente, permitindo o crescimento de parques de geração, eletrificação e expansão da rede, revisão tarifária e sustentabilidade económico-financeira, reestruturação e fortalecimento dos operadores do setor da energia, promoção do capital e o aproveitamento das energias renováveis de até 74% da potência instalada, com o recurso hídrico a representar 66% e as restantes energias renováveis 8%, tendo como preocupação a inclusão do meio rural, com o fim de atender ao consumo interno, para 50% a 60% da população e às exportações até 2025. Com uma meta de se ter 95% de toda a capacidade adicional de produção de energia a partir de fontes de energias renováveis até 2030, como estabelecido no Livro Branco CEEAC. Desta feita, a presente dissertação tem como propósito o estudo da viabilidade de aproveitar o potencial da energia dos oceanos (ondas) existentes em Angola, como uma das opções a incluir nas políticas energéticas do país, explorando ao máximo os recursos renováveis para a produção de energia elétrica, de forma limpa e sustentável, com o mínimo de impacto ambiental, contribuindo fundamentalmente para a economia angolana, a população e a melhoria da qualidade do meio ambiente que nos rodeia.
- Análise e comparação de modelos matemáticos per-unit na estimação de parâmetros fotovoltaicosPublication . Portugal, João Pedro Alves; Pombo, José Álvaro NunesA produção de energia amiga do ambiente é um dos principais desafios deste século para alcançar a sustentabilidade energética. Assim, o incremento da produção de energia por fontes renováveis é essencial para cumprir as metas climáticas sem desacelerar o crescimento económico e reduzir o bem-estar. Particularmente, a redução dos custos das tecnologias de produção fotovoltaica está a permitir o aumento da capacidade instalada, contribuindo para uma transição energética menos dispendiosa. Portanto, utilizar ferramentas que permitam monitorizar e controlar continuamente os sistemas fotovoltaicos é uma tarefa crucial que assume uma importância cada vez maior. Esta dissertação, avalia o desempenho de modelos matemáticos clássicos e per-unit ao estimar a curva caraterística corrente-tensão que descreve o comportamento de células ou módulos fotovoltaicos. Concretamente, é realizado um estudo comparativo que considera os modelos comummente usados na literatura (modelos de um, dois e três díodos), na sua formulação clássica e per-unit, na estimação dos parâmetros fotovoltaicos. Para avaliar adequadamente a precisão e fiabilidade dos diferentes modelos clássicos e per-unit foram desenvolvidos algoritmos de otimização que utilizam métodos metaheurísticos em combinação com o método de Newton-Raphson. O problema de estimação dos parâmetros fotovoltaicos considerou dados experimentais de dois casos de estudo, sendo que o primeiro se refere a uma célula fotovoltaica e o segundo a um módulo fotovoltaico ambos amplamente usados na literatura. Os resultados revelaram que a precisão, fiabilidade e custo computacional com ambas as abordagens de modelação formam muito similares. Assim, a utilização de modelos per-unit na resolução do problema de estimação dos parâmetros fotovoltaicos através de métodos metaheurísticos, pode ser uma alternativa válida aos modelos clássicos.
- Análise e Controlo do Funcionamento de uma Célula de Hidrogénio de Membrana ProtónicaPublication . Andrade, Pedro Miguel Barata; Cardoso, António João Marques; Alcaso, Adérito NetoO aumento de gases de efeito de estufa (GEEs), como o dióxido de carbono, causa do aquecimento global, é consequência da contínua queima de combustíveis fósseis [1]. A libertação destes gases altera o equilíbrio entre a absorção e emissão de calor pelo planeta. Por forma a reduzir este fenómeno, a União Europeia pretende até 2050 obter a descarbonização total de toda a sociedade [2]. Assim, é necessário procurar diferentes formas, renováveis e sustentáveis, de produção de energia elétrica. O hidrogénio apresenta-se como uma alternativa viável aos combustíveis fósseis, uma vez que poder ser combinado com o oxigénio, como numa combustão tradicional, ou para a produção direta de energia elétrica por meio das células de combustível, sem libertação de dióxido de carbono. As células de combustível, ou Fuel Cells, são dispositivos eletroquímicos que convertem a energia química presente nos combustíveis em energia elétrica e calor. Estes dispositivos possuem uma variedade de aplicações, nomeadamente na indústria espacial e automóvel, ou em redes DC. Neste trabalho, pretende-se instalar uma Fuel Cell de 3 kW num barramento DC de 48 V, por meio de um conversor DC-DC. Para tal, elabora-se primeiro um modelo computacional da célula, recorrendo a ensaios realizados ao dispositivo físico para a obtenção da curva de polarização e seus parâmetros característicos. Posteriormente, são apresentados os diferentes conversores DC-DC possíveis de utilizar na instalação, tendose escolhido o conversor Cuk. Analisam-se diferentes estratégias de controlo e dimensiona-se uma arquitetura em cascata de dois PIDs para o controlo do conversor. Por fim, são apresentados os resultados experimentais e computacionais que permitem validar a instalação da Fuel Cell no barramento DC.
- Análise e Desenvolvimento de Dispositivos de Proteção Aplicados a Micro-Redes de Corrente ContínuaPublication . Bento, Ana Rafaela Figueiredo; Cardoso, António João MarquesAs redes de energia em corrente contínua (DC) apresentam importantes benefícios comparativamente às redes de corrente alternada (AC), nomeadamente ao nível de redução de perdas por conversão de energia e ao nível da qualidade de energia. A crescente proliferação de cargas DC e de sistemas de produção de energia distribuídos, têm conduzido à adoção deste tipo de redes de distribuição de energia, nomeadamente micro-redes DC. Um dos maiores desafios inerentes à sua adoção, em larga escala, reside na proteção de tais redes DC. A proteção de redes DC apresenta-se mais complexa que a proteção de redes AC, uma vez que não existe passagem natural da corrente por um valor nulo e também porque as correntes causadas por falhas sofrem aumentos súbitos em curtos espaços de tempo, colocando a integridade dos equipamentos em risco. Deste modo, é crucial agilizar o processo de deteção de falhas e de atuação dos sistemas de proteção intervenientes. Para assegurar a segurança de pessoas e equipamentos, são também necessários sistemas de aterramento. Nesse sentido, este trabalho apresenta e discute os sistemas de ligação à terra existentes. As proteções existentes devem cumprir os requisitos de seletividade, rapidez, fiabilidade e sensibilidade. Agrupam-se em três categorias principais: proteções mecânicas, híbridas e de estado sólido. Tendo em conta as características de cada uma, em termos de velocidade de atuação, mitigação da falha e o tipo de rede DC a que se pretendem aplicar, são abordadas neste trabalho, com especial enfoque, as proteções híbridas. Este tipo de proteção é composto por três ramos paralelos: um ramo com um interruptor mecânico, outro composto por semicondutores e o terceiro destina-se à dissipação de energia. Neste trabalho, é apresentada uma arquitetura alternativa de proteção híbrida, aplicada a um sistema de carregamento de veículo elétrico. O seu funcionamento é simulado num contexto de uma micro-rede DC, na presença de falhas de curto-circuito. Por fim, é concretizada a validação experimental do funcionamento do sistema de proteção desenvolvido.
- Análise térmica de um motor de indução sujeito a falhas de curto-circuito entre espiras dos enrolamentos estatóricosPublication . Muxiri, Ananias da Conceição Pinheiro; Cardoso, António João Marques; Fonseca, Davide Sérgio Baptista daO curto-circuito entre espiras apresenta-se como uma das mais severas avarias possíveis de ocorrer nos enrolamentos do estator das máquinas elétricas. Tratando-se de uma avaria com caracter evolutivo, caracteriza-se por, num estado inicial, envolver poucas espiras. A corrente elétrica, nas espiras curto-circuitadas assume um valor extremamente elevado provocando um incremento substancial da temperatura, na região da avaria, que rapidamente se estende para outras seções do enrolamento. Este trabalho tem como objetivo principal a análise térmica de um motor de indução trifásico com curto-circuitos entre espiras nos enrolamentos estatóricos. O comportamento eletromagnético e a dinâmica térmica são analisados tendo por base um modelo computacional, baseado no método de elementos finitos FEM (Finite Element Method), desenvolvido com ajuda do software Flux 2D®12.1. Os resultados obtidos em simulação serão confrontados com resultados experimentais para, assim, validar o modelo computacional desenvolvido. Adicionalmente, apresentam-se resultados obtidos em simulação, referentes a curto-circuitos elevados, visando ilustrar o impacte térmico da avaria em situações mais extremas, em que a avaliação experimental se apresenta inviável.
- Análise Térmica de uma Máquina Assíncrona Baseada em Metodologias MultifísicasPublication . André, Pedro Cabral; Cardoso, António João Marques; Adouni, Amel Mohamed SalahO motor de indução trifásico é uma das máquinas elétricas mais utilizadas na indústria, pelo que, o conhecimento detalhado do seu funcionamento torna-se essencial. Em muitas aplicações, o motor de indução trifásico opera num ambiente de pequenasdimensõese elevadatemperatura ambiente. Todas estas condições permitem uma rápida concentração de calor. Em caso de altas temperaturas, alguns componentes serão deteriorados. Portanto, a análise térmica reveste-se de grande importância no estudo desta máquina. A análise térmica pode ser realizada através de métodos analíticos, como o método dos parâmetros concentrados, ou através de métodos numéricos, como o método dos elementos finitos, ou ainda através da dinâmica de fluídos computacional. No presente trabalho édescrito o comportamento térmico de um motor de indução trifásico operando sob condições saudáveis e com um desequilíbrio no sistema de alimentação,através de uma abordagem multifísica. A análise térmica érealizada através da construção de uma rede térmica de parâmetros concentrados,em ambienteMatlab\Simulink, que descreve as transferências de calor existentes na máquina. As transferências de calor dependem das perdas existentes no motor, pelo que, estas necessitam de ser determinadas. Uma máquina elétrica em funcionamento apresenta três tipos de perdas: perdas por efeito de Joule, perdas no núcleo da máquina e perdas mecânicas. Todos estes fenómenos foram quantificados de forma a obter uma caracterização térmica fiável. De forma a validar os resultados obtidos através da rede térmica desenvolvida, foirealizado um estudo experimental da máquina em condições saudáveis e em condições de desequilíbrio das tensões de alimentação.