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Medição Experimental do Coeficiente de Resistência ao Rolamento e do Coeficiente de Arrasto Aerodinâmico de um Veículo Automóvel de Elevada Eficiência Energética

Palavras-chave: Atrito de rolamento,Arrasto aerodinâmico,Rugosidade da superfície

Este trabalho visa determinar o coeficiente de resistência ao rolamento e o coeficiente de arrasto aerodinâmico de um veículo de elevada eficiência energética, tendo sido objecto deste estudo o protótipo XC20i do Eco Veículo. O trabalho será abordado através de uma metodologia experimental que permitirá a medição dos coeficientes acima mencionados, através de um balanço energético entre pontos consecutivos de uma pista da qual se elaborou a sua topografia discretizada. O presente trabalho desenvolveu-se essencialmente ao longo de quatro fases. Numa primeira fase foram realizados ensaios em diferentes pistas, com várias pressões de insuflação e com diferentes temperaturas, em cada um dos pavimentos. Na segunda fase foram efetuados os levantamentos topográficos das pistas onde foram realizados os ensaios. Num terceiro passo, foi medida a rugosidade da superfície dos pisos onde foram realizados os ensaios. Por fim foi feito o tratamento de todos os dados obtidos. Ao longo deste trabalho concluiu-se que a temperatura é um factor de grande importância no valor do coeficiente de rolamento, em que quando o primeiro aumenta o segundo diminui. Concluiu-se também que a pressão de insuflação e a rugosidade dos pisos em que o veículo se desloca também têm uma influência importante no valor do coeficiente de rolamento, embora estes dois parâmetros tenham uma importância muito menos significativa do que a temperatura. Conclui-se ainda que o coeficiente de arrasto aerodinâmico não sofre alterações significativas ao longo dos ensaios, embora varie com o número de Reynolds.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Projeto de estrutura de base polimérica para a construção civil

Palavras-chave: Estrutura,Habitação unifamiliar,Polímero reforçado,(PBT +PET) GF30,CATIA® V5,Structure,Family house,Reinforced polymer,(PBT + PET) GF30,CATIA® V5

O presente trabalho estuda a viabilidade de uma estrutura alternativa às utilizadas na construção civil, tanto em termos dos materiais selecionados como em termos de método de construção de habitações unifamiliares. Um dos objetivos estabelecidos é a estrutura ser simples e rápida de montar, ao contrário de alguns tipos de construção já existentes, aliada a um processamento de materiais simples e de baixo custo, de modo a viabilizar a produção em série. Neste contexto, o trabalho explora a utilização de materiais poliméricos reforçados, mais concretamente de uma mistura de politereftalato de butileno com politereftalato de etileno, com a adição de 30% de fibra de vidro.  O conceito adotado é baseado na construção modular e envolve componentes de dimensões pré-definidas, mais concretamente três tipos de perfis e quatro dimensões de módulos. O estudo é complementado com a análise do processo de fabrico dos componentes e respetivos custos, resultantes da produção em série de estruturas baseadas no conceito proposto. O estudo é complementado também com a análise de materiais e técnicas que podem ser combinados com a estrutura, de modo a garantir os requisitos de funcionalidade e permitir semelhança estética com a construção convencional. A utilização do programa de CAD da Dassault Systèmes, CATIA® V5 R20, permite planear toda a construção e definir de forma rigorosa a lista de componentes, o que garante a minimização dos desperdícios de material e de derrapagens nos custos.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Análise e Proposta de Melhoria no Processo Produtivo da Heliflex

Palavras-chave: Pensamento Lean,Kanban,Redução do lead time,Redução do Work in Process,Processo de embalamento,Simulação,Lean thinking,Kanban,lead time reduction,Simulation,work in process reduction,packaging process,simulation

A presente dissertação surge de um protocolo acordado entre a Faculdade de Ciências e Tecnologias da Universidade de Coimbra e a Heliflex, empresa de referência, no fabrico e comercialização de tubos, mangueiras e sistemas de rega. O objetivo inicial deste trabalho começou pelo estudo e análise da viabilidade da implementação de um sistema Kanban, uma das ferramentas do pensamento Lean. Este estudo pressupunha uma análise a todo o fluxo de informação e materiais da Heliflex, de forma a conseguir conciliar os procedimentos atuais da empresa com um sistema Kanban. O processo produtivo físico da Heliflex tem início no sector dos Compostos de PVC/Misturadoras, sendo este o fornecedor da principal matéria-prima dos restantes sectores produtivos. Deste modo, iniciou-se o estudo por esta etapa do processo produtivo. Conclui-se que a Heliflex apresenta um elevado número de referências (109 referências diferentes), em que cerca de 94% apresenta uma procura instável em termos de variabilidade de dimensão e/ou intervalos de consumo. De seguida, o estudo continuou com a análise de todo o processo produtivo no sentido de identificar os estrangulamentos do sistema. Ao longo da observação deste processo da Heliflex, verificou-se que o material (produto acabado) se acumulava e permanecia um elevado período de tempo entre a linha de produção, após ser produzido, até ser transportado para a embalagem. Identificada a causa do problema, recorreu-se a simulação, tendo sido testados quatro cenários de forma a conseguir chegar a uma solução que fosse benéfica para a empresa e proporcionasse melhores resultados. Através da simulação, foram obtidos melhores valores que a situação atual, no entanto a escolha da melhor hipótese depende da empresa e do que esta considerar mais importante: se a redução dos tempos de ciclo total, a taxa de ocupação dos trabalhadores ou um equilíbrio entre ambos.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Propagação de fendas por fadiga: Efeitos transientes associados a variações de carga

Palavras-chave: Sobrecargas,propagação da fenda por fadiga,fecho de fenda induzido por deformação plástica,arredondamento da extremidade da fenda,fecho parcial da fenda,Overloads,fatigue crack growth,Plasticity Induced Crack Closure,blunting,partial crack closure

A falha por fadiga é o modo de ruína mais frequente em equipamentos em serviço submetidos a carga cíclica. Os espectros reais são normalmente complexos, contendo muitas vezes sobrecargas e subcargas. O conceito de fecho de fenda permite explicar o comportamento transiente da propagação da fenda por fadiga que se observa após a aplicação de sobrecargas, subcargas ou blocos de carga. Esta dissertação estuda, de um modo sistemático, o efeito das sobrecargas e subcargas no fenómeno de fecho de fenda induzido por deformação plástica (PICC). Este estudo foi feito através de um programa de elementos finitos, o DD3IMP, onde se variaram os parâmetros de carga para depois obter vários resultados como as curvas (open/max)-∆a ou os perfis da fenda após a sobrecarga/subcarga. Verificou-se que a aplicação de uma sobrecarga provoca um arredondamento da extremidade da fenda, que elimina o contacto atrás do ponto de aplicação da sobrecarga. A propagação até ao pico e a propagação necessária para a estabilização dependem de ∆KOL. O pico de fecho depende de ∆KOL2=KOL-Kmax,BL que foi o parâmetro de carga que apresentou melhores resultados em termos de influência. A análise dos parâmetros não lineares de extremidade de fenda permitiu verificar que os valores de fecho, obtidos numericamente, sobrestimam o efeito do contacto das faces da fenda. O fecho parcial da fenda implica a correção de Keff, tendo-se obtido melhores resultados com um modelo da literatura.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Análise da influência do fenómeno de fecho de fenda na propagação de fendas por fadiga na liga de alumínio AA7050

Palavras-chave: Liga de Alumínio,Fadiga,Propagação de Fendas,Fecho de fenda,Aluminum Alloys,Fatigue,Crack Growth,Crack Closure

As ligas de alumínio são utilizadas numa vasta gama de aplicações, destacando-se a indústria aeronáutica. O estudo das solicitações aplicadas aos componentes fabricados nestes materiais é, por isso, extremamente importante. Esta dissertação teve como objetivos principais a análise da propagação de fendas por fadiga, na liga de alumínio AA7050-T6, quando sujeita a diferentes tipos de carregamento, além do estudo da influência do fenómeno do fecho de fenda na evolução dessa mesma propagação. Para tal, efetuaram-se ensaios em provetes MT com vista à obtenção das curvas de propagação, tendo sido posteriormente analisadas e comparadas, a fim de compreender o efeito do fecho de fenda aquando da aplicação de sobrecargas e da variação da razão de tensões. Nesta análise, o parâmetro de fecho de fenda, U, foi relacionado com a gama do fator de intensidade de tensões, K, para os vários tipos de ensaios. Foi possível concluir, após a realização dos ensaios e o tratamento dos dados subsequentes, que a velocidade de propagação aumenta diretamente com a razão de tensões, além de se verificar que as sobrecargas únicas fazem retardar o crescimento de fenda, para razões de tensões mais elevadas do ciclo de base. Já a aplicação de sobrecargas periódicas, no presente trabalho, levou a dados inconclusivos.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Otimização da geometria de plantas de edifícios para satisfação de requisitos de iluminação, conforto térmico e consumo energético

Palavras-chave: Controlo da iluminação,Controlo de sombreamentos,Geração automática de plantas,Simulação energética de edifícios,Otimização do desempenho energético,Daylighting Control,Shading Control,Automated Floor Plan Design,Energy Efficiency in Buildings,Energy Performance Optimization

No sentido de incorporar ferramentas de simulação numa fase mais inicial de projeto, investigadores da Universidade de Coimbra tem vindo a desenvolver algoritmos acoplados à simulação dinâmica de edifícios. Estes algoritmos permitem auxiliar os projetistas na fase inicial do projeto ao gerar, avaliar e otimizar soluções alternativas de plantas de arquitetura. O primeiro algoritmo, chamado de Programa Evolucionário para o Problema de Alocação de Espaços (EPSAP), permite criar diferentes soluções de plantas de acordo com as preferências do cliente. O segundo algoritmo, chamado de Programa de Otimização de Desempenho de Plantas (FPOP), avalia-as e otimiza-as de acordo com o seu desempenho térmico. Contudo, este algoritmo não leva em consideração outros objetivos que concorrem com o desempenho térmico do edifício, como as necessidades de iluminação artificial e a sua influência no consumo energético. Assim, na presente dissertação, o algoritmo FPOP será estendido para incluir os objetivos de otimização de consumo energético total, resultante da agregação das necessidades energéticas de iluminação, aquecimento e arrefecimento. Para tal, quer a função objetiva, que anteriormente estava formatada para o cálculo do desempenho térmico, quer a parametrização dos objetos de simulação irão ser alterados a fim de incorporar a iluminação artificial no modelo de simulação e quantificar as necessidades energéticas. As plantas geradas pelo algoritmo EPSAP irão então ser importadas, avaliadas e otimizadas no algoritmo FPOP. A otimização irá procurar minimizar os consumos energéticos alterando as variáveis de decisão através de operadores geométricos específicos, tais como a orientação do edificado, localização dos vãos, posição relativa do vão na parede, translação de paredes, reflexão da planta, dimensionamento dos vãos, e dimensionamento das palas horizontais e verticais. Esta abordagem foi testada em diferentes casos de estudo e o desempenho do novo algoritmo analisado. Os resultados demonstram que a introdução de sistemas controlados de iluminação e sombreamento melhoram significativamente o desempenho energético das plantas de arquitetura geradas.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Modelação numérica da maquinação da liga de titânio Ti6AI4V

Palavras-chave: Método dos elementos finitos,Formulação explícita,Fresagem,Ti6Al4V
Finite element method,Explicit formulation,Milling,Ti6Al4V

O objetivo proposto para este trabalho foi o desenvolvimento de um modelo para a simulação numérica do processo de fresagem da liga de titânio Ti6Al4V, através do programa de elementos finitos Abaqus Explicit. O modelo deve contemplar a análise das forças de corte e da distribuição de tensões, bem como dos parâmetros de processo e geométricos. O modelo elaborado considera que o comportamento mecânico da liga de titânio é modelado com recurso à lei de encruamento de Johnson-Cook, sendo adotada a lei de dano proposta pelos mesmos autores. O comportamento plástico é considerado isotrópico, sendo descrito pelo critério de plasticidade de von Mises. O tempo de computação associado à formulação explícita é fortemente dependente da dimensão mínima dos elementos finitos adotados, uma vez que o método é condicionalmente estável. Assim, numa primeira etapa foi analisada a influência nos resultados da discretização adotada para o bloco. De modo a reduzir o tempo de computação, foi também analisada a hipótese de considerar valores mais elevados para as velocidades de rotação e de avanço, sem que ocorram efeitos de inércia indesejáveis. Numa segunda etapa foi analisada a influência do material que se encontra ao lado da ferramenta no momento do corte, sendo para tal elaborados dois modelos: um para fresagem completa do topo do bloco e o outro para fresagem parcial. Por último, foi analisada a influência do coeficiente de atrito, tendo sido considerados três valores tipicamente utilizados na literatura. Os resultados mostram que o modelo desenvolvido permite uma análise comparativa dos parâmetros de processo. No entanto, a comparação com resultados experimentais exige uma dimensão dos elementos finitos que conduz a tempos de computação muito elevados.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Modelação de sistemas radiantes em energyPlus

Palavras-chave: Eficiência energética,EnergyPlus,sistemas radiantes,painéis radiantes,pavimento radiante,paredes radiante,energy efficiency,EnergyPlus,radiant systems,radiant panels,radiant floor,radiant wall

A eficiência energética é atualmente considerada um dos aspetos fundamentais para a sustentabilidade do planeta e, sabendo que os edifícios são responsáveis por grande parte do consumo energético, torna-se importante prever corretamente o seu comportamento. Programas de simulação dinâmica são instrumentos eficazes nesse domínio. Para além de estimar o consumo energético, estes ajudam os projetistas a comparar e dimensionar os sistemas de climatização a implementar. Os objetivos da presente dissertação são modelar, em simulação dinâmica, sistemas de climatização radiante, aplicar estes num caso-de-estudo de uma residência unifamiliar de um piso e comparar a sua aplicação em diferentes elementos da construção (pavimento, parede e teto). Pretende-se também que este trabalho resulte num guia de orientação à modelação de sistemas radiantes. A primeira fase da dissertação resume-se à explicação e orientação da modelação de sistemas radiantes no programa EnergyPlus. Depois é analisado o Caso-de-Estudo instalado com sistemas radiantes. O programa de simulação revelou-se versátil mas bastante complexo e, depois de analisados os resultados, concluiu-se que todas as localizações cumprem com as exigências de conforto mas a aplicação no pavimento e no teto através de painéis apresenta um menor consumo energético que nas paredes.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Refrigeração industrial: elaboração de projecto, criação de ferramentas de seleção; tecnologias para melhoria de eficiência energética

Palavras-chave: Sistemas de refrigeração,eficiência energética,tecnologias e componentes de controlo,estágio,Refrigeration systems,energetic efficiency,control technologies and components,internship

Os sistemas de refrigeração assumem uma cada vez maior importância na atual sociedade de consumo, sendo responsáveis por um enorme consumo energético. Na maior parte do tempo operam em carga térmica parcial, já que estes sistemas têm de ser projetados para conseguirem atender às condições de máxima carga de operação, ou seja, às condições nominais de projeto, correspondentes aos períodos mais exigentes. Consequentemente estes sistemas são habitualmente sobredimensionados para todas as condições de operação intermediárias e apresentam um consumo energético elevado. Num contexto de elevada competitividade industrial, associado à atual crise energética e ambiental, é imperativo reduzir os consumos de energia na operação dos sistemas de refrigeração. Atendendo a este facto, justifica-se o desenvolvimento e incorporação de componentes e tecnologias que promovam a melhoria do desempenho energético destas instalações. O objetivo deste trabalho, desenvolvido em paralelo com o estágio na empresa SKK, Climatização e Refrigeração, Lda., pretendeu caracterizar e identificar tecnologias e componentes para aumento do desempenho energético de sistemas de refrigeração. Tendo em conta o contexto de inserção na empresa e tipo de projetos nela realizados, apenas são abordados neste documento sistemas de refrigeração por compressão a vapor. Ao longo deste texto são analisados os principais parâmetros e componentes a verificar para o bom funcionamento de uma instalação frigorífica. É apresentado um estudo aos vários tipos de sistemas e equipamentos de controlo que promovem o desempenho energético de uma instalação frigorífica, e apresentadas as principais soluções existentes no mercado atual. São também descritas algumas das atividades executadas durante o estágio. Do estudo desenvolvido, conclui-se que o desempenho energético e eficiência de um sistema de refrigeração devem ser planeados e considerados nas várias fases de implementação do projeto. Atualmente, já existe no mercado um conjunto de tecnologias e componentes de controlo que promovem uma melhor eficiência e desempenho energético dos sistemas de refrigeração, contribuindo, assim, para a redução dos custos energéticos e ambientais.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Melhoria de vida à fadiga em ligas aeronáuticas de alumínio por micro shot peening

Palavras-chave: AA7475-T7351,Fadiga,Tensões residuais,Shot peening,microdureza,rugosidade,AA7475-T7351,Fatigue,Residual stresses,Shot peening,Micro hardness,Roughness

A melhoria da resistência à fadiga em ligas de alumínio é de grande interesse em todos os sectores industriais, em particular na indústria aeronáutica, onde é de suma importância a combinação entre uma boa resistência mecânica e uma baixa densidade. Uma maneira eficaz de melhorar a resistência mecânica é a introdução de tensões residuais de compressão nas camadas superficiais das peças, onde se dá a iniciação de fendas. O shot peening, ou grenalhagem, é um tratamento superficial bastante utilizado capaz de introduzir tensões residuais de compressão na superfície das peças. Neste trabalho, é analisada a influência do tratamento micro-shot peening na resistência à fadiga da liga de alumínio AA7475-T7351. O objectivo principal consiste na obtenção das curvas de projecto à fadiga do respectivo material, sob a influência da espessura dos provetes utilizados, da razão de tensões utilizada e do tratamento superficial previamente realizado. Procedimentos complementares como a medição das tensões residuais, rugosidade, microdureza, análise microestrutural e análise de defeitos do material, foram realizados de modo a melhor se compreender o comportamento da liga AA7475-T7351. Foi realizada uma previsão numérica da vida à fadiga para posteriormente se comparar com os resultados experimentais. Os resultados obtidos mostraram que o tratamento realizado gerou grandes deformações plásticas na superfície dos provetes, introduzindo tensões residuais de compressão e aumentando a microdureza à superfície. Os resultados dos ensaios de fadiga mostraram uma redução da resistência à fadiga nos provetes grenalhados, devido ao mau acabamento superficial imposto e à presença de defeitos internos no material.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Sequenciamento de Operações de Transporte em Rampas de Acesso a Minas Substerrâneas

Palavras-chave: Planeamento e controlo de operações,Minas subterrâneas,Programação Inteira Mista,Optimisation,Integer Programming,Underground Mine

As minas subterrâneas recorrem a camiões para o transporte de minério desde o seu interior até à superfície. Camiões esses, que circulam ao longo de túneis subterrâneos, denominados de rampas ou declínios onde apenas há largura para passar um camião. Por toda a extensão das rampas subterrâneas existem escapatórias que possibilitam o cruzamento de veículos em sentidos opostos. Os cruzamentos são possíveis através do desvio dos camiões vazios, que circulam em sentido descendente até à escapatória, onde aguardam que o camião carregado em sentido ascendente, passe. O número de escapatórias e a sua localização ótima ao longo da rampa influenciam o transporte de minério, tendo um impacto significativo na boa circulação de veículos no interior da mina e na sua produtividade. Ao longo desta dissertação foi aplicado um modelo de programação inteira mista (PIM), com o objetivo de estudar a ótima localização das escapatórias em minas subterrâneas. O PIM permite determinar a localização das escapatórias que minimizem o tempo necessário para completar um determinado número de viagens. O modelo requer a inserção do número de veículos, de viagens, de escapatórias e dos tempos de carga e descarga para devolver o melhor movimento dos veículos e a melhor localização das escapatórias em prol de uma otimização do tempo de viagens. O PIM possibilita observar que a ótima localização das escapatórias tem implicação na minimização do tempo para completar determinado número de viagens, que são influenciados pelos tempos de carga e descarga. Os resultados obtidos a partir do PIM mostram que as escapatórias colocadas de forma equidistante não são sempre a ótima solução para a sua localização. A melhor localização das escapatórias é a que permite intercalar veículos em sentido ascendente com veículos em sentido descendente com o menor tempo possível de espera na escapatória. Na generalidade, a dissertação demonstra como a otimização adequada das escapatórias e dos horários dos veículos pode ter um impacto significativo na produtividade do transporte e consequentemente na produtividade de minas subterrâneas.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Degradação mecânica em compósitos de vidro/epóxido sujeitos a soluções cimentíficas

Palavras-chave: Compósito,Flexão em tês pontos,Rugosidade,Soluções cimentícias,Vidro/epóxido,Composite,Cement solutions,Glass/epoxy,Roughness,Three point bending

Na área de engenharia civil, têm sido levadas a cabo investigações relativas ao desenvolvimento de materiais inovadores. Os materiais compósitos têm evidenciado assumir particular ênfase neste setor. Neste âmbito, há a pretensão de estudar a aplicabilidade dos materiais compósitos em substituição do aço tradicionalmente utilizado nas armaduras em construções civis, que apresenta alguns problemas, tais como os associados à corrosão. Os compósitos exibem, de facto, um excelente potencial enquanto matérias-primas de futuro, em virtude das suas boas propriedades mecânicas, menores custos de produção e reduzidos impactos ambientais. A investigação alusiva ao comportamento do material no decorrer da sua vida útil é realizada através da imersão de provetes, por diferentes períodos de tempo, em duas soluções de degradação distintas, nomeadamente a argamassa de metacaulino e a argamassa de cimento, sendo esta última analisada em seco e após imersão em água. Para o estudo da alteração da integridade estrutural dos materiais compósitos, após sujeitos a degradação pelas soluções referidas, recorreu-se a ensaios de flexão em três pontos e de rugosidade. A imersão nas soluções provoca uma diminuição da tensão máxima de flexão e da rugosidade. As conclusões são obtidas através da comparação com os valores registados para o provete de controlo.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias