FE - DEM | Dissertações de Mestrado e Teses de Doutoramento
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- Development of a CNC Milling machine DIY kit for a vertical desktop milling machinePublication . Cruz, Miguel Filipe Estevão da; Vieira, André Ferreira CostaThis thesis presents the design and development of a DIY CNC vertical milling machine aimed at small-scale, precise machining for materials such as wood, plastics, and light metals like aluminium. The motivation behind this project is to make precision machining more accessible to hobbyists, educators, and small workshops by providing a compact and affordable solution. The design focuses on optimizing structural components, electronics, and software to balance cost with performance. Key challenges in mechanical design, such as force distribution, material selection, and operational stability, are addressed to ensure the mill's precision and reliability. The opensource approach of this project allows users to further customize the platform to their specific needs. This research also discusses the importance of desktop CNC machines in fostering innovation and accessibility in engineering, education, and product development. The Rat Rig mill is developed with a modular design that enables users to adapt and modify the machine according to specific project requirements.
- Um novo algoritmo de MPPT híbrido baseado nos algoritmos Particle Swarm Optimization e Perturba e Observa, assistidos pela técnica de interpolação Spline CúbicaPublication . Teixeira, Filipe Gil; Pombo, José Álvaro NunesA utilização de combustíveis fósseis tem vindo a diminuir ao longo dos últimos anos devido principalmente à menor disponibilidade destes recursos e ao aumento da preocupação ambiental. A diminuição das reservas de combustíveis fósseis e a recente invasão da Ucrânia pela Rússia provocaram um aumento nos preços dos combustíveis fósseis, levando a União Europeia a acelerar a produção de energia através de outras fontes. Além disso, a queima desses combustíveis fósseis liberta grandes quantidades de gases com efeito de estufa, sendo estes os principais responsáveis pelo aquecimento global. Por estes motivos, a produção de energia elétrica através de fontes renováveis tem estado constantemente a aumentar, contribuindo para a urgente redução da pegada de carbono da sociedade. Das várias fontes de energia renováveis existentes, a produção de energia elétrica através de sistemas fotovoltaicos é a que tem apresentado o maior crescimento, que se deve principalmente à facilidade de implementação dos sistemas fotovoltaicos e à possibilidade de serem aplicados para uso doméstico em meios urbanos. O aumento da procura pela energia solar faz com que os sistemas fotovoltaicos tenham de ser cada vez mais eficientes, rápidos, precisos e confiáveis, de forma a aproveitar o máximo de energia elétrica disponível em cada momento. No entanto, o bom funcionamento desses sistemas fotovoltaicos deve ser acompanhado de uma implementação simples, continuando a permitir a aplicação para uso doméstico. O objetivo da presente dissertação é propor um novo algoritmo de procura do ponto de máxima potência em sistemas fotovoltaicos. O novo algoritmo proposto combina as vantagens de dois algoritmos de procura do ponto de máxima potência (o algoritmo convencional Perturba e Observa e o algoritmo avançado meta-heurístico Particle Swarm Optimization) com uma técnica de interpolação (Spline Cúbica) que permite estimar as curvas características corrente-tensão e potência-tensão do sistema fotovoltaico. Para selecionar a técnica Spline Cúbica como a técnica de interpolação ideal para utilizar no algoritmo proposto, várias técnicas de interpolação foram aplicadas a três casos de estudo, permitindo os resultados escolher a técnica mais adequada ao problema proposto. O funcionamento do algoritmo proposto na presente dissertação inicia-se com algoritmo Particle Swarm Optimization, que procura os vinte melhores pontos para serem utilizados na interpolação. De seguida, esses pontos são utilizados na interpolação de Spline Cúbica, permitindo obter as curvas características corrente-tensão e potênciatensão nesse momento de funcionamento. Posteriormente, através da curva potênciatensão estimada durante a interpolação, é determinado o ponto de máxima potência estimado. A partir desse ponto inicia-se o algoritmo Perturba e Observa que, através da técnica de tentativa e erro, fornece uma melhor aproximação do ponto de máxima potência do sistema fotovoltaico. Para validar o algoritmo proposto, o mesmo foi utilizado em dois casos de estudo simulados com diferentes condições de funcionamento. O desempenho do algoritmo proposto foi comparado com o algoritmo de procura do ponto de máxima potência convencional Perturba e Observa e com os algoritmos de procura do ponto de máxima potência meta-heurísticos Particle Swarm Optimization, Grey Wolf Optimizer e Differential Evolution. A análise dos resultados permite concluir que o algoritmo proposto na presente dissertação no geral superou os restantes algoritmos utilizados, apresentando melhores valores de taxa de sucesso, tempo de convergência, número de avaliações necessárias para convergir, proximidade ao ponto de máxima potência global e eficiência. O algoritmo proposto apresenta-se assim como um algoritmo robusto e preparado para funcionar em quaisquer condições de funcionamento.
- Development, implementation, and validation of a condition monitoring platform for vibration analysis on three-phase induction motorsPublication . Brito, Fábio Alexandre Silva Teixeira de; Bento, Fernando José FigueiredoThanks to its renowned robustness and reliability, the three-phase induction motor is the electrical machine of choice in the vast majority of industries. This device occupies a prominent position in production chains and auxiliary processes. At the same time, this device is often exposed to very adverse operating conditions, which is why continuous monitoring of its condition is particularly important, with the aim of optimising operation and anticipating breakdowns, ultimately reducing the financial losses that eventual faults entail. The main goal of this dissertation is to develop a platform for monitoring and diagnosing faults in three-phase induction motors. In this sense and considering that accessibility to equipment is often a key factor, as is the case of fans in ducts, industries with hazardous environments or submersible pumps, it is proposed to design, develop, implement, and validate a system for acquiring and processing analogue signals from piezoelectric accelerometers attached to the housing of a three-phase induction motor. The information collected by the proposed solution will enable end users to be informed about the equipment's operating condition, thus facilitating decision-making processes.
- Desenvolvimento e aplicação do algoritmo Chaotic Electric Eel Foraging na procura do ponto de máxima potência em sistemas fotovoltaicosPublication . Monteiro, Bruno Pinto; Calado, Maria do Rosario Alves; Pombo, José Álvaro NunesEstamos profundamente envolvidos numa constante dinâmica de mudança e na busca por soluções mais eficientes em comparação com as normas pré-estabelecidas, seja no âmbito tecnológico, energético ou em qualquer outra área existente. Neste contexto, as energias renováveis desempenham um papel cada vez mais relevante no funcionamento da sociedade, sendo atualmente a energia fotovoltaica uma das áreas com maior atividade de investigação. A investigação nesta área revela-se essencial, especialmente face à crescente emergência de novas tecnologias fotovoltaicas mais otimizadas e eficientes, exigindo-se uma análise meticulosa e uma compreensão aprofundada do seu funcionamento. Para concretizar este objetivo, surge o desafio complexo de propor um novo algoritmo de procura do ponto de máxima potência, com o intuito de extrair a máxima potência disponível de um sistema fotovoltaico. O principal objetivo desta dissertação é o desenvolvimento e a implementação de um algoritmo bio-inspirado e computacionalmente avançado na área fotovoltaica, com o intuito de explorar o seu potencial na procura do ponto de máxima potência. Este algoritmo, denominado de Chaotic Electric Eel Foraging Optimization, é uma modificação do recente algoritmo Electric Eel Foraging Optimization, que, por sua vez, é inspirado no comportamento de procura exibido pelas enguias elétricas na natureza. Para testar e validar o algoritmo proposto, foram simulados três casos de estudo: o primeiro em condições sem sombreamento parcial, o segundo com condições de ligeiro sombreamento parcial e o terceiro com três situações de condições de sombreamento parciais mais complexas. O desempenho do algoritmo proposto foi comparado com o método convencional de procura do ponto de máxima potência mais utilizado, o Perturba e Observa, bem como com três métodos computacionais avançados de procura do ponto de máxima potência bio-inspirados, nomeadamente o Flower Pollination, o Grey Wolf Optimizer e o Particle Swarm Optimization. Os resultados obtidos demonstraram que o algoritmo proposto superou os restantes em termos de taxa de sucesso, número de iterações até à convergência e eficiência, mesmo em condições de sombreamento parcial complexas.
- Osciladores Lineares de 2ª ordem, do tipo RC, com Amplificadores CompostosPublication . Coelho, António José dos Santos; Salvado, José António da CostaO desenvolvimento de dispositivos que comunicam entre si através da internet, principalmente no contexto da internet das coisas (IoT), trouxe novos desafios na conceção de dispositivos eletrónicos capazes de assegurar uma comunicação eficiente e confiável. Neste cenário, os osciladores lineares são fundamentais, mas enfrentam limitações que afetam o seu desempenho em frequências mais elevadas. Nesta dissertação é explorado o uso de amplificadores compostos como uma solução para ultrapassar essas limitações, visando aumentar a banda de frequências de operação dos osciladores. São realizadas simulações comparativas para dois amplificadores lineares, com características distintas, que posteriormente foram integrados em duas topologias de osciladores de segunda ordem do tipo RC, tanto para implementações com apenas um amplificador como para realizações com amplificadores compostos. Estes osciladores são ainda simulados utilizando um circuito de controlo automático de ganho (AGC) e um circuito que condiciona a resposta por “ajuste da amplitude de saída, tendo posteriormente sido feita a comparação entre eles. Os resultados indicam que os amplificadores compostos são uma boa solução para melhorar o desempenho de osciladores lineares com o aumento da banda de frequência, no entanto, é necessário que sejam estabelecidos compromissos entre a extensão da largura de banda e o controlo da distorção harmónica.
- ReWoodenTex: Sustentabilidade e Valorização de Resíduos Industriais por Meio de Compósitos de Fibras Naturais de Madeira e LinhoPublication . Gomes, Sofia Martins; Lima, Tânia Daniela Felgueiras de Miranda; Santos, Paulo Sérgio Pina dosA sustentabilidade é cada vez mais reconhecida como uma prioridade global, sendo o conceito de desenvolvimento sustentável adotado por governos, organizações e pela sociedade em geral. Um ponto central deste conceito é a economia circular, que visa reduzir o desperdício e reutilizar recursos, gerando benefícios económicos e ambientais. Com a crescente produção de resíduos, particularmente industriais, a gestão eficaz dos mesmos torna-se imprescindível. Neste contexto, os materiais compósitos surgem como uma solução promissora para a gestão de resíduos industriais. Esta dissertação foca-se em dar continuidade aos avanços conseguidos nas práticas de economia circular através do desenvolvimento de um material compósito sustentável utilizando resíduos industriais de madeira e outras fibras naturais. Assim, foram fabricados painéis sanduíche com uma matriz epóxi reforçada com resíduos de madeira no núcleo e fibras de linho nas camadas externas. A metodologia foi iniciada pela separação dos resíduos de madeira por tamanho e granulometria. Os resíduos foram adicionados à matriz nas dimensões e percentagem ideal determinada por testes mecânicos. De seguida, foi fabricada a sanduíche, através do método de moldação manual, e determinadas as suas propriedades mecânicas. Os ensaios de flexão revelaram que o reforço com fibras de linho aumentou significativamente a resistência à flexão do material devido à sua rigidez. A resistência à compressão lateral e horizontal da sanduíche foi de 61 MPa e 97 MPa, respetivamente, indicando um bom desempenho. Nos testes de relaxação de tensões, ocorre a redução da tensão ao longo do tempo e os dados experimentais foram ajustados com sucesso pelo modelo de Kohlrausch-Williams-Watts (KWW), a curto e longo prazo. Em termos de fluência, o deslocamento aumenta ao longo do tempo e o modelo KWW foi preferível para previsões a curto prazo e o modelo de Findley para previsões a longo prazo. Embora o custo de produção seja relativamente elevado, os benefícios ecológicos e as propriedades mecânicas favoráveis podem justificar esse custo em aplicações específicas.
- 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.
- Melhoria Contínua aplicada à etapa de secagem de pasta solúvel Eucalyptus globulus produzida pelo processo de bissulfitoPublication . Matias, Matilde Ladeira; Vieira, Joana Magalhães Gonçalves CostaAtualmente, torna-se insurgente promover a melhoria de produtos e a otimização de processos, de modo a manter a empresa no mercado, com elevada competitividade. A realização deste estágio visa a melhoria do controlo de qualidade da etapa de secagem da pasta solúvel. Para que isso fosse possível, foi elaborada uma revisão bibliográfica acerca das temáticas relevantes e apresentada a empresa e o seu processo produtivo. Nunca esquecendo a análise estatística de várias variáveis da máquina relacionadas com a humidade e a gramagem, os pilares deste caso de estudo. Com o objetivo de colmatar ou minimizar os problemas detetados aplicaram-se metodologias 3C, de modo a identificar as causas e referenciar as contramedidas em questão. Assim, torna-se crucial, a criação de uma Matriz de esforço e impacto, priorizando a implementação das ações sugeridas para promover uma uniformização de gramagem, um perfil de humidade constante e melhores condições de trabalho para aquela secção e para todos os trabalhadores. Apresentam-se ainda, algumas propostas de ações de melhoria contínua para estudos complementares posteriores aos sugeridos neste trabalho. Em suma, torna-se insurgente aumentar rotinas preventivas por parte do departamento de manutenção, assim como a resolução de problemas na fase inicial da secagem e na formação de folha.
- 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.