FE - DEM | Dissertações de Mestrado e Teses de Doutoramento
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- Estudo dos efeitos a nível celular da exposição do Dibutil Ftalato (DBP) em materiais plásticos de uso hospitalarPublication . Quina, Sérgio Miguel Calvelhe; Oliveira, Maria Elisa Cairrão RodriguesCom o avanço incessante da tecnologia, os plásticos tornaram-se uma presença constante no nosso quotidiano, trazendo consigo compostos químicos que representam riscos significativos, uma vez que atuam como perigosos disruptores endócrinos (DEs). Estas substâncias comprometem silenciosamente a nossa qualidade de vida à medida que a industrialização avança. Um dos quais se destaca como particularmente preocupante é o Di-n-butil Ftalato (DBP), um composto sintético classificado como um éster de ácido ftálico de baixo peso molecular. A sua principal utilização consiste em conferir flexibilidade e maleabilidade a polímeros, nomeadamente ao cloreto de polivinilo e látex. Posto isto, o DBP destaca-se em inúmeras aplicações, incluindo produtos de puericultura, artigos de higiene pessoal, produtos cosméticos e em materiais e dispositivos médicos, imprescindíveis nos serviços de saúde. Dado o seu impacto, é urgente reavaliar a sua presença nas vertentes médicas, a fim de eliminar fontes potenciais de exposição a este agente. O DBP está inegavelmente associado a problemas de saúde graves, incluindo alterações metabólicas, dislipidemias, disfunção sexual, efeitos adversos durante a gravidez, bem como consequências negativas para a saúde de lactantes, além de apresentar um risco significativo para os sistemas hepático e urinário. O presente estudo defende a necessidade de reavaliar os danos provocados pelo DBP nos vários sistemas do organismo, com especial ênfase nos seus efeitos sobre a saúde cardiovascular e na sua associação com doenças vasculares, como a aterosclerose. Por conseguinte, desenvolveu-se uma avaliação dos mecanismos de cardiotoxicidade induzidos pelo DBP, destacando o impacto crítico que este composto provoca no desenvolvimento do sistema cardiovascular. Além disso, analisou-se e discutiu-se a acumulação de respostas tóxicas desencadeadas por este composto sintético, que comprometem gravemente a saúde cardíaca, com particular foco em pacientes que permanecem hospitalizados, ou em unidades de cuidados por longos períodos.
- Monitorização em tempo real de compósitos piezoresistivos: projeto de um sistema de aquisição de dadosPublication . Andrade, Luís Manuel Flores; Silva, Abílio Manuel Pereira da; Ribeiro, Bruno Jorge Ferreira; Pereira, João Pedro NunesOs compósitos têm vindo a desempenhar um papel cada vez mais relevante em diversas áreas da engenharia, desde as energias renováveis até às indústrias aeroespacial e aeronáutica. De entre os vários tipos de compósitos, aqueles com matrizes poliméricas são os mais empregues, principalmente pela sua facilidade de fabrico e elevada resistência específica. Neste contexto, a incorporação de materiais condutores em compósitos poliméricos tem-se revelado uma inovação relevante. Esta adição melhora as propriedades mecânicas, térmicas e elétricas do material, além de possibilitar a monitorização em tempo real da sua saúde estrutural do compósito. Neste trabalho fabricou-se e caracterizou-se as propriedades mecânicas, elétricas e eletromecânicas de compósitos laminados de matriz epóxi reforçados com fibra de carbono. Os compósitos laminados demonstraram uma boa resistência mecânica (tensão à flexão e módulo de elasticidade) e uma resposta piezoresistiva adequada para a monitorização da saúde estrutural sob deformação. Em simultâneo, foi projetado um sistema de aquisição de dados capaz de realizar a leitura dos sinais elétricos provenientes da variação de resistência dos compósitos sujeitos a deformação cíclica. Este sistema irá permitir obter medidas com maior precisão e com menos ruído, possibilitando a monitorização da estrutura, tanto em repouso quanto sob deformação periódica.
- Investigação experimental da atomização de jatos eletro-hidrodinâmicos e desenvolvimento de técnica inovadora de controlo por descarga de plasmaPublication . Nunes, Gustavo Alexandre Camacho; Rodrigues, Frederico Miguel Freire; Marques, José Carlos PáscoaA atomização eletro-hidrodinâmica, também conhecida como electrospray, tem emergido como uma técnica promissora na produção de gotículas precisas e uniformes em diversas aplicações. Ao contrário da pulverização mecânica ou pneumática, o electrospray permite um controlo mais preciso sobre as caraterísticas das gotículas. Estas qualidades fazem do electrospray uma alternativa atrativa para processos de pintura e revestimento industrial. Apesar do seu potencial, a sua aplicação à escala industrial continua limitada devido à dependência de parâmetros físicos que influenciam a estabilidade do processo e dificultam a sua reprodutibilidade em maior escala. Neste contexto, a presente dissertação desenvolve uma investigação experimental focada na caraterização do processo de electrospraying e estabelece um novo método de controlo ativo baseado na descarga de plasma. Foi realizado um estudo paramétrico com três líquidos distintos, a acetona, etanol e etilenoglicol, que envolve a variação da distância emissor-coletor, do caudal e do diâmetro do emissor, de modo a analisar os seus efeitos na formação de gotículas. Os resultados foram adquiridos através de um analisador phase Doppler e câmara de alta velocidade, analisando o tamanho, velocidade, distribuição e ângulo do cone das gotículas formadas. Desta forma, estes resultados fornecem uma melhor compreensão do comportamento do electrospray e expandem os dados experimentais da literatura, tendo em vista a sua futura aplicação em escala industrial. Seguidamente, foi introduzido um método inovador de controlo que envolve a utilização em simultâneo de um atuador a plasma de geometria anelar com o electrospray de forma a manipular o campo elétrico local e o ambiente aerodinâmico. O atuador foi caraterizado eletricamente e aerodinamicamente, produzindo um vento iónico capaz de alterar o comportamento e estabilidade do regime cone-jet. O sistema electrospray-plasma demonstrou uma redução consistente no tamanho das gotículas e um aumento na velocidade para tensões de funcionamento do atuador de 5 kVpp a 8 kVpp, validando a viabilidade deste método de controlo.
- Aplicação da Norma IEC 61800-9-2:2023 a Acionamentos Elétricos Avançados de Velocidade VariávelPublication . Kapalandanda, Bartolomeu Júlio Rodrigues; Bento, Fernando José FigueiredoNas últimas décadas, o mundo tem assistido a evoluções tecnológicas significativas que, de forma inegável, contribuíram para a melhoria das condições de vida da humanidade. Este progresso impulsionou a expansão industrial e, com ele, o aumento do consumo de energia elétrica, sobretudo no setor industrial, suscitando diversas discussões em torno da sustentabilidade do atual modelo de desenvolvimento industrial. Estudos indicam que os motores elétricos são responsáveis por uma parcela significativa do consumo de energia elétrica efetuado a nível global. Tal constatação impulsionou o debate sobre estratégias de mitigação de perdas, entre as quais se destacam a utilização de motores elétricos mais eficientes e a adoção generalizada de variadores de velocidade (variable frequency drives - VFDs). A concretização dessas medidas requer não apenas o desenvolvimento de novas tecnologias, mas também a definição de métodos de avaliação de desempenho fiáveis, que assegurem a adoção rápida e segura de novas tecnologias de acionamentos elétricos. Neste contexto, a Comissão Eletrotécnica Internacional (International Electrotechnical Commission - IEC) desenvolveu a norma IEC 61800-9-2:2023, que estabelece métodos de ensaio e sistemas de classificação para estes equipamentos. Contudo, a escassez de informação científica relativa ao comportamento das novas tecnologias de motores elétricos em diferentes perfis de carga e em condições industriais severas levanta dúvidas sobre a fiabilidade da norma na sua avaliação e caracterização. Com o intuito de contribuir para o esclarecimento desta questão, a presente dissertação propõe-se a testar um sistema de acionamento elétrico de velocidade variável, constituído por um motor síncrono de relutância assistido por ímanes permanentes (permanentmagnet-assisted synchronous reluctance motor - PMa-SynRM), modelo Baldor ECTitanium e um conversor de frequência variável Yaskawa A1000, ambos disponíveis comercialmente. Pretende-se, com tais testes, avaliar o grau de adequação da metodologia estabelecida na norma IEC 61800-9-2:2023 quando aplicada a acionamentos elétricos compostos por PMa-SynRM, comparando os resultados obtidos com os adquiridos por estabilização térmica. Desta forma, será possível verificar a efetividade da norma na caracterização de tecnologias de motores elétricos mais recentes.
- Metodologias de estimativa do estado de saúde de baterias de iões de lítio no contexto da economia circularPublication . Andrade, Leonel Jorge de; Calado, Maria do Rosario AlvesEsta dissertação teve como objetivo o estudo experimental do comportamento do estado de saúde e integridade interna de baterias de iões de lítio, em particular com o intuito de utilizar a Espectroscopia de Impedância Eletroquímica num intervalo de frequências. A economia circular, centrada na redução, reutilização e reciclagem de materiais, destaca a importância na validação do estado de saúde das baterias para maximizar a sua vida útil e minimizar o impacto ambiental. A gestão eficiente das baterias de iões de lítio tornou-se uma preocupação crítica no contexto da economia circular, onde a sustentabilidade e a reciclagem desempenham papéis fundamentais. A durabilidade e a eficácia das baterias de iões de lítio impactam diretamente no ciclo de vida dessas baterias e no seu Eventual descarte. Nesse contexto, a monitorização do estado de saúde (SOH) das baterias torna-se crucial para otimizar o uso, prolongar a vida útil e facilitar a reciclagem. Este estudo inicia-se com uma revisão bibliográfica sobre as diversas metodologias/técnicas de estimativa do estado de saúde de baterias de iões de lítio no contexto da economia circular. De seguida, testaram-se três baterias através da aplicação da espectroscopia de impedância eletroquímica, com diferentes condições operacionais (bateria nova, bateria usada e bateria degradada), permitindo a consequente estimativa do estado de saúde das baterias obtida para estados de carga (SOC) de 100%, 80%, 60% e 40%. Os resultados deste trabalho experimental, foram, ao longo do seu desenvolvimento, apresentados através do gráfico de Nyquist, facilitando a avaliação do estado de saúde das baterias.
- Avaliação de soluções passivas para melhorar a resiliência climática dos edifíciosPublication . Teixeira, José Pedro Pereira; Pires, Luís Carlos Carvalho; Silva, Pedro Nuno Dinho Pinto daA intensificação dos extremos térmicos impõe a introdução de estratégias para mitigar os seus efeitos tanto no conforto térmico dos ocupantes dos edifícios como na sobrecarga dos sistemas energéticos devido à procura de sistemas ativos para proporcionar esse conforto. Nesta dissertação, uma ferramenta computacional (EnergyPlus) é usada para simulação dinâmica de edifícios para quantificar o impacto de soluções térmicas passivas para aquecimento e resfriamento na redução da amplitude térmica. O estudo é ainda alargado a diferentes localizações de edifícios, a fim de identificar as técnicas passivas mais adequadas para melhorar o conforto térmico e a eficiência energética. Os resultados preliminares indicam que a utilização de soluções térmicas passivas pode ser uma abordagem sustentável e eficiente para adaptar os edifícios a variações extremas de temperatura, reduzindo a sua dependência de sistemas mecânicos.
- The Effect of Carbon Nanofibers on the Mechanical Performance of Composite LaminatesPublication . Santos, Paulo Sérgio Pina dos; Reis, Paulo Nobre Balbis dos; Silva, Abílio Manuel Pereira daCarbon fibre reinforced polymer composites are now widely used in various industries/sectors of activity, replacing traditional materials due to their ease of processing, excellent specific resistance, excellent fatigue behaviour, durability and low specific weight. However, the development and optimisation of these materials is faced with new challenges every day, either by optimising their properties or by changing the paradigm in terms of energy consumption. The incorporation of nanofillers significantly improves the mechanical response by reinforcing the polymer matrices and the fibre/matrix interface. This improvement is due to several synergistic mechanisms operating at the nanoscale. In addition, the dispersion of these nanoscale reinforcements within the matrix can inhibit crack propagation and increase the resistance of the material to deformation and fracture. At the fibre/matrix interface, nanofillers can bridge gaps and promote stronger adhesion, resulting in more effective load transfer between the reinforcing fibres and the surrounding polymer. The use of carbon nanofibres (CNFs) offers advantages over other nanofillers such as graphene and carbon nanotubes (CNTs), primarily due to their comparatively lower specific surface area, which facilitates the implementation of accessible and cost-effective manufacturing processes. The lower specific surface area of CNFs, in contrast to the high surface areas of graphene and CNTs, results in reduced interparticle interactions and a lower tendency to agglomerate. In this work, the manufacturing process and the fraction of CNFs that maximises mechanical response, viscoelastic behaviour and impact and fracture resistance were optimised for two commercial epoxy matrices. To assess the improvements, an extensive static mechanical characterisation was carried out, studied the viscoelastic behaviour in bending, interlaminar fracture, low-velocity impact, multiimpact and residual strength and viscoelastic behaviour after impact. The results obtained show that even with small amounts by weight of CNFs (0.5 and 0.75) added to the epoxy resins, significant benefits were obtained, for example: improvements of more than 10% in bending stress and bending stiffness of the matrices and laminates. As a result, the resistance under different strain rates and the interlaminar shear strength were higher in the additive matrices and laminates. In terms of multiple impacts and for an impact energy of 3 J, approximately 66 - 89 impacts are required to achieve full perforation for the nano-enhanced laminate with CNFs, whereas only 17 - 20 impacts are required for the control laminates.
- Industrialização de uma linha de produção de garfos para uma caixa de velocidadesPublication . Pinto, António Pedro Marques; Vieira, André Ferreira Costa; Fernandes, Amadeu Duarte NunesNuma indústria automóvel cada vez mais competitiva e com menos margem para errar, a otimização da produção é cada vez mais fundamental para garantir a sustentabilidade e futuro das empresas do ramo automóvel. Para isso, a engenharia de processo visa garantir uma definição clara e otimizada dos processos para que eles em conjunto garantam a estabilidade e fluidez de uma linha de produção. A aplicação da metodologia Lean Manufacturing bem como as suas mais variadas ferramentas especialmente o Standard Work, torna-se fundamental durante a fase de planeamento e definição de processos naimplementação de novos projetos. Este estágio curricular visou apoiar a implementação de uma nova linha de produção e preparação de documentação direta e indiretamente utilizada para a submissão de Production Part Approval Process (PPAP), focado na fase de validação de meios e ferramentas na unidade fabril, mas também apoio à melhoria contínua em linhas de produção em série já em operação. Durante o estágio, foi desenvolvida documentação standard de posto de trabalho, dividida em diversos documentos que procuram dar apoio e esclarecer o trabalhador acerca da tarefa e à qual foi alocado e documentação de definição das verificações efetuadas nos pontos de controlo. Foi também procurado apoiar a melhoria contínua, através da ferramenta Kaizen, em variadas linhas de produção. Foi desenvolvido um caso de estudo, a construção de uma BoP, um documento que descreve todas as etapas do processo de fabrico de um produto, neste caso para 8 referências diferentes, com o desafio da sua produção estar interligada em variados processos, ou seja, a produção de 2 ou mais referências numa só operação, tornando-se ainda mais evidente a necessidade da otimização e balanceamento da linha de produção e que serviu para garantir também o apoio à documentação enviada em PPAP.
- Criação de um Sistema de Gestão Visual de Fábrica: Caso de Estudo no Setor da Indústria MetalomecânicaPublication . Baleiras, Joana de Oliveira Valente; Lima, Tânia Daniela Felgueiras de Miranda; Almeida, Rui Pedro Duarte deO atual panorama de constante mudança, tanto a nível social como industrial, torna a comunicação um fator decisivo para uma gestão de produção eficiente. Para reforçar essa eficácia, é fundamental que as organizações integrem um Sistema de Gestão Visual (SGV) em todas as etapas do processo produtivo, facilitando o controlo e monitorização do desempenho. Para além de promover maior transparência interna, o SGV exige a participação ativa e colaborativa de todos os colaboradores, incentivando o seu sentido de responsabilidade e compromisso para com os objetivos da empresa. Para assegurar o bom funcionamento de uma organização, é fundamental que as três dimensões do QCD (Qualidade, Custo e Entrega) — se encontrem devidamente alinhadas. Com este propósito, e com o objetivo de facilitar a comunicação interna, aumentar a eficiência dos processos e otimizar os resultados, foi desenvolvido e implementado um Sistema de Gestão Visual de raiz. Este trabalho iniciou-se com a realização de uma revisão bibliográfica sobre a temática em estudo, de modo a auxiliar a preparação e realização da parte prática em contexto de estágio. Na parte prática do trabalho, para além da pesquisa de outros SGV implementados, considera-se que a comunicação com os colaboradores da organização foi essencial, assim como a observação das diversas reuniões. Após a implementação do sistema desenvolvido de raiz, que incluiu a criação de layouts específicos, a elaboração de novos documentos e a reestruturação dos elementos existentes, foi possível observar uma melhoria significativa na fluidez da comunicação entre o departamento de Produção e os departamentos de suporte. Esta maior eficácia na transmissão da informação resultou numa melhor organização dos processos produtivos, permitindo um acompanhamento mais rigoroso das operações e uma resposta mais ágil a possíveis desvios. Adicionalmente, a clareza dos elementos visuais e a troca de ideias constante contribuíram para uma comunicação mais eficiente com os clientes, ao assegurar que a informação transmitida fosse mais precisa, consistente e atempada. Tendo sido cumprido o principal objetivo do estágio, considera-se que a empresa melhorou a sua organização interna e, consequentemente, o seu processo produtivo. No que diz respeito, a estudos e implementações futuras, recomenda-se a introdução de reuniões intradepartamentais em todos os departamentos diretamente ligados à Produção.
- Método de Taguchi aplicado na indústria da extrusão de borrachaPublication . Henriques, Rúben Filipe Pereira; Vieira, André Ferreira Costa; Enrique, Daisy Valle; Świderski, EmilianNo contexto industrial atual de elevada competitividade e exigência do mercado, empresas dedicadas à produção de tubos e outros produtos através da extrusão, como é o caso da empresa X, reconhece a necessidade de garantir que os parâmetros de qualidade dos seus produtos atinjam os níveis definidos, para que se assegure a conformidade e a satisfação do cliente. Neste caso, o diâmetro interno dos tubos, que é uma das características cruciais do produto final, tem demonstrado desde a abertura da empresa, uma grande variabilidade, o que leva à instabilidade do processo. Neste sentido foi conduzido antes do estudo principal, um estudo de controlo estatístico do processo, para avaliar as suas capacidades. Com a aplicação de cartas de controlo 𝑋̅−𝑅 e do cálculo dos índices 𝐶𝑝 e 𝐶𝑝𝑘, verificou-se que o processo se encontra sob controlo estatístico. No entanto, os valores extremamente baixos dos índices indicam uma descentralização e baixa capacidade do processo, dificultando o cumprimento dos requisitos da qualidade. Como resposta a estas dificuldades, desenvolveu-se um Design of Experiments (DoE) com base no método de Taguchi, com o objetivo de otimizar os parâmetros do processo de extrusão e reduzir a variabilidade do processo para se atingir a qualidade necessária. Selecionaram-se os fatores, velocidade da extrusora, número de vias, temperatura do Pin e Die e velocidade do forno, e organizaram-se numa matriz ortogonal 𝐿8, sendo que para as 8 experiências a realizar se retiraram 2 respostas para cada uma. As respostas em estudo (diâmetro interno e espessura) são do tipo “Nominal é melhor” o que implica que os valores das respostas têm de estar em torno de um valor alvo definido pela empresa. A análise dos resultados incluiu a construção de gráficos de efeito médio relativamente à resposta e à razão S/N, análise das interações entre os fatores e ainda uma análise da variância (ANOVA) para identificar os efeitos estatisticamente mais relevantes. Os fatores significativos obtidos para o diâmetro interno foram então, a velocidade do forno, a relação entre a velocidade da extrusora e a temperatura do Pin e Die e a relação entre o número de vias e a velocidade do forno. Já para a espessura obtiveram-se as mesmas, mas ao invés da velocidade do forno, foi selecionada a relação entre o número de vias e a temperatura do Pin e Die.