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Ondas ultra-sonoras guiadas na caracterização e controlo não destrutivo de materiais

Palavras-chave: Onda ultra-sónica

As ondas ultra-sonoras guiadas, contrariamente às ondas de volume utilizadas nos métodos convencionais, necessitam de fronteiras para a sua propagação. Os exemplos mais conhecidos são as ondas de superfície, se o meio de propagação tiver uma só fronteira (meio semi-infinito) e as ondas de Lamb, quando passamos a ter duas fronteiras (placa). Das suas grandes vantagens destacam-se a possibilidade de análise de grandes distâncias sem deslocamento dos transdutores, a capacidade de inspecção de zonas inacessíveis ou a hipótese de sintonização de um determinado modo de propagação de forma a garantir melhor detecção e menores perdas. Estas características conduzem, normalmente, à concepção de sistemas de análise mais rápidos e de baixo custo. O facto de uma grande parte das estruturas e materiais correntes apresentar a forma de colagens, soldaduras ou sistemas multicamada, aliado às vantagens enumeradas, são motivos suficientes para o seu desenvolvimento no presente trabalho. Inicialmente são apresentados os conceitos básicos e teoria subjacente à propagação de ondas ultra-sonoras e é feita a revisão do estado dos conhecimentos das técnicas usadas em controlo não destrutivo por ultra-sons. De forma a possibilitar a compreensão dos fenómenos associados à propagação das ondas ultra-sonoras guiadas, são efectuadas implementações computacionais e trabalho experimental, que permitem a determinação de parâmetros tais como: velocidade de fase, velocidade de grupo, deslocamentos e atenuação Várias aplicações das ondas guiadas, que vão desde a detecção e caracterização de defeitos em placas de alumínio, inspecção de soldaduras, até à análise da integridade de colagens são estudadas, sendo obtidos, de uma forma geral, bons resultados. No último ponto é descrito e apresentado um sistema original, destinado à caracterização de algumas propriedades do papel, que vem demonstrar mais uma das potencialidades associadas ao uso das ondas guiadas em controlo não destrutivo.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Um modelo de análise de fiabilidade-qualidade de serviço em redes inter-centrais

Palavras-chave: Reliability analysis,Multiexchange networks

A análise da fiabilidade de redes de telecomunicações levanta problemas difíceis e complexos de resolver em termos de definição de conceitos, de modelação e de cálculo.  Aborda-se neste trabalho a questão da análise da fiabilidade-qualidade de serviço de redes inter-centrais, nomeadamente redes telefónicas metropolitanas digitais sendo também abordada a questão da análise de redes inter-centrais em ambiente RDIS.  As dificuldades inerentes à análise de fiabilidade em redes de telecomunicações advêm essencialmente de dois factores: os conceitos de fiabilidade e desempenho em redes de telecomunicações são multifacetados e multi-dimensionais e, esses sistemas apresentam elevado grau de complexidade técnica.  Até ao fim dos anos 70 a fiabilidade em redes era tratada como um problema de conectividade em grafos, em que se procuravam obter medidas de fiabilidade estrutural e medidas de fiabilidade dependentes da probabilidade de avaria dos nós ou dos arcos. Esta aproximação mostrou-se pouco adequada, entre outras razões, devido à crescente fiabilidade dos elementos da rede e à baixa probabilidade de desconexão da mesma.  Uma reformulação conceptual e metodológica da questão da fiabilidade em redes de comunicação foi levada a cabo por vários autores desde a década de 80. Uma ideia comum a todas essas aproximações é a combinação da análise da fiabilidade com uma ou várias medidas de desempenho, tal como a probabilidade de congestão numa dada rede (incluindo estados de avaria de alguns dos seus componentes) exceder determinados limiares.  É neste contexto que se faz uma apresentação sistematizada das principais carac¬terísticas de uma nova metodologia para análise integrada de fiabilidade-qualidade de serviço de uma rede de comutação por circuitos, sendo dada especial atenção à sua fundamentação teórica.  Um problema chave associado às várias aproximações de fiabilidade é a selecção dos estados de rede que serão objecto de análise. A obtenção de um algoritmo eficiente em termos de tempo de CPU e de recursos de memória, que enumera os estados por ordem decrescente da sua probabilidade é igualmente tratado na dissertação.  A implementação de um modelo para aplicação da metodologia proposta na análise da rede da Área Urbana Digital de Lisboa, levou igualmente à abordagem de algumas questões pertinentes quanto ao cálculo de determinados parâmetros associados aos fluxos de tráfego, nomeadamente no que concerne à variância do tráfego oferecido por um fluxo de tráfego a um arco da rede.  A aplicabilidade e as potencialidades da metodologia proposta são exemplificadas apresentando e discutindo os resultados obtidos no modelo implementado para a rede da Área Urbana Digital de Lisboa.  Finalmente é proposta uma formulação para a aplicação da metodologia numa rede inter-centrais em ambiente RDIS.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Técnicas de Processamento de Imagem para a Medição de Deslocamentos. Aplicação à Medição dos Deslocamentos Verticais e Transversais de Tabuleiros de Pontes Suspensas ou Atirantadas

Palavras-chave: Metrologia de visão,Pontes suspensas

A observação do estado estrutural de grandes obras, nomeadamente de pontes, é imprescindível para detectar eventuais anomalias que possam vir a ocorrer durante o processo de construção e ao longo do tempo de utilização da infra-estrutura. O conhecimento atempado de um comportamento anómalo da estrutura permite desencadear um conjunto de medidas correctivas de forma a eliminar a fonte de anomalia e reduzir eventuais efeitos devastadores, salvaguardando a segurança dos seus utilizadores e da própria infra-estrutura. No caso particular de uma ponte suspensa ou atirantada, o plano de observação contempla a medição de um conjunto de grandezas onde se incluem os deslocamentos vertical e transversal do tabuleiro da ponte. Nestes casos, a medição destas grandezas coloca dificuldades específicas de realização, sendo necessário recorrer a sistemas de medição sem contacto directo com a zona a observar. Os sistemas de medição por meio de visão satisfazem os requisitos necessários para realizar esta actividade, sendo bastante eficientes. No entanto, os sistemas de medição actualmente existentes apresentam limitações que condicionam o grau de eficiência e restringem a sua aplicabilidade em condições reais de aplicação. A presente dissertação pretende contribuir para o desenvolvimento de metodologias de calibração de sistemas de visão equipados com ópticas telescópicas, aplicados a cenários de longa distância, e de seguimento da trajectória do movimento do tabuleiro, para estimação do movimento de translação e de rotação deste. Estas metodologias visam a realização de um sistema de medição por meio de visão, destinado à observação da evolução dinâmica dos deslocamentos vertical e transversal do tabuleiro de pontes suspensas ou atirantadas, com uma frequência de aquisição superior a 20 Hz, amplitude de alguns metros e exactidão melhor do que 10 mm.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Desenvolvimento de sistema de condução autónoma de um veículo eléctrico

Palavras-chave: Veículos autónomos

Na actualidade, o desenvolvimento de frotas de veíıculos autónomos quer para transporte de passageiros quer para transporte de bens começa a tornar-se uma realidade. No enquadramento de tornar um veículo eléctrico capaz de navegar sozinho através de um percurso previamente definido, foi desenvolvido durante esta dissertação um sistema de controlo da direcção para um veículo autónomo. Este sistema só por si não permite a navegação autónoma, sendo necessária a integração noutros sistemas tanto de hardware como de software. Neste contexto foram desenvolvidos módulos de potência e de controlo baseados em microcontroladores PIC. Foram também desenvolvidos módulos de software utilizando o Framework ROS (Robot Operating System) que possibilitam a comunicação entre o software de controlo e o hardware. Esta dissertação foi realizada no âmbito do projecto EVSIM09-Modelos para simulação de tráfego de veículos eléctricos com comunicação e capacidade de decisão dinâmica (Projecto PTDC/SEN-TRA/099413/2008, 2010-12 ), financiado pela Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT).

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Ensaio Combinado de Motores e Variadores de Velocidade

Palavras-chave: Inrush,motor de indução,eficiência,variador eletrónico de velocidade,qualidade de energia,Inrush,induction motor,efficiency,variable speed drive,power quality

Os motores elétricos podem ser utilizados numa vasta gama de aplicações. O seu desenvolvimento e aumento de eficiência é um aspeto fundamental, pois vai permitir uma redução quer no consumo de energia elétrica quer nas emissões de CO2 que lhe estão associadas. Nesta dissertação foram testados motores de indução trifásicos da marca WEG, com diferentes classes de eficiência (IE1, IE2, IE3 e IE4), a fim de detetar o pico de corrente inrush, durante o arranque destes motores em regime de rotor bloqueado e em vazio. A degradação da qualidade de energia e a introdução de dispositivos eletrónicos afetam significativamente a eficiência e tempo de vida útil dos motores. Como tal, na segunda fase desta dissertação foi testado o mesmo motor IE3, alimentado com tensões desequilibradas, para deste modo analisar a influência que a qualidade da energia elétrica fornecida ao motor tem para o seu desempenho. Para finalizar, utilizou-se um Variador Eletrónico de Velocidade para analisar o desempenho do mesmo para diferentes velocidades e diferentes níveis de carga.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Implementação de um Controlo Automático Selectivo de um Elevador Residencial num DSP

Palavras-chave: elevador,DSP,controlador automático selectivo,accionamento eléctrico,elevator,DSP,automatic selective controller,electric drive

Nesta dissertação é feito um estudo sobre um accionamento eléctrico de um elevador, com o respectivo controlador automático selectivo implementado num DSP da Texas Instruments. De modo a conseguir esse objectivo, é realizado um trabalho de aprendizagem da configuração e programação do DSP, assim como a integração deste com o ambiente Simulink, onde é elaborado e simulado o controlador. A simulação envolveu a observação da performance do accionamento eléctrico e o comportamento do controlador automático selectivo. Por fim, é implementado o controlador projectado e obtidos os resultados experimentais por forma a validar a implementação estudada.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Desenvolvimento de um sistema visual e táctil para a caracterização da elasticidade dos materiais

Palavras-chave: PMD,Parâmetros de Elasticidade,Deformação de objetos,ToF,Sensores Barométricos,PMD,Elasticity parameters,Warping objects,ToF,Barometric Sensors

O sentido do tato está a tornar-se cada vez mais relevante principalmente nos campos da robótica, visão por computador, automação industrial e medicina. Este sentido tem um enorme potencial e inúmeras aplicações que permitem uma maior interação entre a máquina e o mundo exterior. No entanto tem sido pouco estudado em comparação com algum dos sentidos tradicionais, mas tem ganho cada vez mais importância devido à sua aplicabilidade às tecnologias existentes. Esta dissertação contribuiu para uma avaliação de materiais quanto às suas propriedades elásticas, com recurso a dispositivos menos dispendiosos e de fácil adaptação a sistemas já existentes, além de ter uma enorme abertura para trabalhos futuros. A estratégia adotada baseou-se na sincronização entre uma câmara de tempo de voo (ToF) e um sensor barométrico para assim conseguir realizar uma análise e classificação da deformação de objetos no mundo. Com isto, fomos capazes de provar que é possível, com estes dois dispositivos, fazer uma caracterização do material ao nível da sua deformidade a baixo custo.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Motor síncrono de relutância para sistemas de tração de veículos elétricos

Palavras-chave: Motores Elétricos,Motores Síncronos de Relutância,SynRM,Sistemas de tração,Veículos Elétricos,Electric Motrs,Synchronous Reluctance Motors,SynRM,Traction Applications,Electrical Vehicles

O principal objetivo deste trabalho consiste no desenvolvimento e implementação de um sistema de controlo de um acionamento elétrico utilizando um motor síncrono de relutância (SynRM) orientado para aplicações de tração elétrica, particularmente veículos elétricos.  O Capítulo 1, de natureza introdutória, apresenta um enquadramento do tema sobre o qual se desenvolveu este trabalho. Neste capítulo é apresentado o SynRM destacando-se algumas das suas vantagens face às suas principais alternativas, que evidenciam a motivação para a realização deste trabalho.  No Capítulo 2 é, inicialmente, apresentado o modelo matemático do SynRM. São descritos os fenómenos de saturação magnética e de saturação magnética cruzada, bem como as consequências que estes têm ao nível do sistema de controlo. O principal objetivo deste capítulo consiste na apresentação das estratégias de controlo utilizadas em acionamentos elétricos com SynRMs, no sentido de analisar qual a que melhor se adequa ao sistema de controlo a ser implementado, dada a aplicação alvo do acionamento a desenvolver.  No Capítulo 3 é justificada a opção pela estratégia de controlo implementada, após a qual é feita uma apresentação detalhada da mesma. Neste capítulo é ainda apresentada uma estratégia de minimização das perdas elétricas no SynRM, que será também incluída no sistema de controlo.  O Capítulo 4 apresenta os resultados de simulação obtidos com a estratégia de controlo por orientação do fluxo ativo, em diferentes regimes de funcionamento para várias condições de carga e de velocidade. No final deste capítulo são ainda apresentados resultados de simulação obtidos com a estratégia máximo binário por ampere (MTPA), que evidenciam a não utilização da mesma no acionamento elétrico desenvolvido.  No Capítulo 5 é apresentada, inicialmente, uma breve descrição dos diversos componentes que constituem o acionamento elétrico, a seguir à qual são apresentados os resultados experimentais obtidos nos ensaios realizados para diferentes regimes de carga e de velocidade. Este capítulo realça ainda a importância da estratégia de minimização das perdas elétricas no SynRM, que permitiu obter melhorias significativas ao nível do rendimento do acionamento.  O Capítulo 6 contém as principais conclusões do trabalho desenvolvido e apresenta algumas sugestões para trabalho futuro.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Sistema de carregamento de baterias sem contacto controlado através uma bobina variável

Palavras-chave: Sistemas IPT,bobina variável,conversores ressonantes,indutância variável,IPT system,variable inductor,resonant converters,variable inductance

O carregamento de baterias é um conceito que faz parte do dia-a-dia de qualquer pessoa nos tempos que correm. Atualmente, é impensável para a grande maioria das pessoas, viver sem dispositivos que requerem energia elétrica armazenada, tal como o telemóvel ou o computador portátil. Mas não é só nestes dispositivos eletrónicos que o armazenamento de energia elétrica é importante. No sector dos transportes, os Veículos Elétricos (VE) são cada vez mais uma realidade. No entanto, enfrentam o problema do armazenamento de energia elétrica, que os impede de fazerem viagens de longa distância sem fazer paragens de longa duração, ao contrário de um veículo de combustão. O carregamento de baterias sem fio poderá ajudar a quebrar algumas barreiras, uma vez que o veículo não precisa da intervenção humana para carregar. Um autocarro citadino, por exemplo, quando faz paragens para troca de passageiros, pode aproveitar para carregar baterias de forma autónoma. Esta tecnologia, que permite a transferência de energia sem contacto, é denominada de transferência de energia por indução (IPT) e permite a troca de energia através de núcleos de ar com grandes distâncias. No entanto, para que tenham um bom funcionamento, é necessário um controlo rigoroso, de modo a obter bons rendimentos, preservar os materiais envolvidos no processo de carregamento e garantir a segurança das pessoas. Esta dissertação tem como objetivo avaliar o comportamento de uma bobina variável num sistema IPT, para o controlo da corrente de carga e compensação de eventuais desalinhamentos prejudiciais ao processo de carregamento do veículo. Inicialmente, é apresentada uma introdução teórica sobre sistemas IPT e o funcionamento de conversores ressonantes, já que estes conseguem aumentar o rendimento deste tipo de sistemas. Ainda na introdução, é descrito o funcionamento de indutâncias variáveis de modo a implementar uma bobina variável. De seguida, com o objetivo de validar os princípios estudados, recorre-se a uma simulação computacional, variando a bobina em três níveis de indutância diferentes, de modo a analisar o comportamento do sistema e os respetivos resultados, nomeadamente a corrente de carga na bateria. Por fim, o sistema é implementado em laboratório de modo a validar os resultados da simulação computacional para os três níveis de indutância. Adicionalmente, ainda em laboratório, são realizados ensaios para avaliar o desempenho da bobina na compensação de eventuais desalinhamentos. Após a análise dos diversos resultados, tanto computacionais, como práticos, conclui-se que o controlo através da bobina variável permite variar os níveis de corrente de carga, e aumentar o rendimento do sistema na ocorrência de desalinhamentos.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Ruído acústico em accionamentos eléctricos

Palavras-chave: Motor de Indução Trifásico,Avarias Mecânicas,Acionamentos Elétricos,Ruido Acústico,Estratégias de controlo,three-phase induction motors,mechanical malfunctions,electric drives,acoustical noise,Control strategies

Os temas nucleares desta dissertação são, de uma forma geral, a avaliação e caraterização dos espetros sonoros emitidos pelos motores de indução trifásicos, com diferentes tipos de avarias mecânicas e diferentes estratégias de controlo de acionamentos elétricos. Este documento está estruturado da seguinte forma: O capítulo 1 exibe o enquadramento do tema sobre o qual se desenvolveu esta dissertação. No capítulo 2 são apresentados os conceitos gerais relacionados com o som. Inicialmente é explorada a anatomia do ouvido humano, desde a captação até à descodificação do som em impulsos elétricos. São também definidas as principais grandezas acústicas fundamentais para a medição do ruído e por último, são fornecidos alguns conceitos gerais relacionados com as ondas de pressão sonora, desde modos de propagação até fatores que contribuem para a atenuação. O capítulo 3 explora as principais fontes de ruído sonoro do motor de indução trifásico com origem mecânica, aerodinâmica e eletromagnética. Também são explorados os diferentes tipos de acionamentos elétricos usados no decorrer desta dissertação, o controlo escalar, o controlo direto de binário e o controlo de campo orientado no rotor. No capítulo 4 é feita uma descrição das montagens experimentais, equipamentos e procedimentos utilizados na realização das medições. De seguida é efetuada a análise de alguns espetros de ruído acústico obtidos para diferentes condições de funcionamento e de regimes de carga. Semelhante análise foi possível graças à aplicação de rolamentos com avarias nos anéis interno ou externo com diferentes graus de severidade e à inserção de rotores com um número distinto de barras fraturadas. A influência de diferentes estratégias de controlo de acionamentos elétricos também é alvo de análise. Finalmente, o capítulo 5 expõe as principais conclusões retiradas do trabalho desenvolvido e propõe algumas sugestões para trabalho futuro.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Sistema de Reconhecimento de Fala via Web

Palavras-chave: Reconhecimento de fala,Julius Speech Recognizer,Web API,Node.js,Speech Recognition,Julius Speech Recognizer,Web API,Node.js

Com a especificação do HTML5 deu-se uma revolução das tecnologias web. A criação de novas APIs tem vindo a substituir, progressivamente, a utilização de plugins. Assim, a web development passou a estar em código aberto para a comunidade. O reconhecimento de fala também passa a estar disponível segundo as novas especificações do HTML5. Esta dissertação contribui com um sistema de reconhecimento de fala alternativo ao dos fabricantes de browsers. O objetivo desta dissertação consiste na implementação de um demonstrador de reconhecimento de fala, através da web. O reconhecedor está integrado num servidor e este gere os acessos dos clientes, feitos através de páginas HTML. Para que tal aconteça, o cliente deverá enviar o áudio juntamente com a lista de possíveis palavras a reconhecer. O microfone é acedido através da MediaStream API, sendo analisado pela WebAudio API. Cada segmento de áudio gerado é enviado para o servidor, via streaming. Este utiliza a tecnologia Node.js, que por sua vez utiliza a arquitetura event driven, na gestão de pedidos. O motor de reconhecimento de fala usado é o Julius, um software de domínio público. Os modelos acústicos, sistema de transcrição de letras para fonemas e dicionário fonético foram desenvolvidos previamente no laboratório onde ocorreu esta dissertação. O sistema permite satisfazer pedidos de reconhecimento em simultâneo e oriundos de qualquer sítio da internet. Também é compatível com os principais browsers de internet. Para isso, basta que as páginas HTML sigam um protocolo simples de indicação de objetos que podem ter uma entrada por fala, além dos habituais dispositivos de entrada, rato e teclado.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias