Aplicação de ferramentas de simulação de processos

Este trabalho foi efectuado com o propósito de interpretar, compreender e explicar algumas ferramentas de simulação de processos, em particular o Aspen Energy Analyzer (AEA), o Aspen Economic Evaluation (AEE) e o seu funcionamento integrado com o Aspen Hysys(AH). O AH é uma ferramenta de modelação de processos para a concepção de projectos de engenharia química, o AEA é uma ferramenta de modelação de redes de integração energética. O AEE integrado no AH é uma ferramenta que permite incorporar estudos económicos numa fase preliminar do desenvolvimento de um projecto de engenharia. A abordagem a este trabalho foi efectuada através do estudo de Casos. O Caso I foi baseado na resolução de um problema no AEA através da construção e optimização de uma rede de permutadores de calor. Os Casos II e III foram baseados na construção de um flowsheet de produção de Benzeno e de Cloreto de Vinil, respectivamente, e cada Caso foi dividido em dois cenários diferentes. Para o efeito foram utilizados os softwares AEA para a integração energética dos processos, o AH para construção do fluxograma do processo e o AEE para os estudos económicos dos diferentes cenários. Finalmente, os Casos IV e V dizem respeito à resolução de um problema de integração energética. O Caso IV foi baseado num problema de optimização da rede de permutadores através do aumento da sua área. Já o Caso V foi baseado na informação inicial das correntes do caso anterior e em dois cenários diferentes, nos quais foi estudada a influência dos preços das utilidades na construção da rede de permutadores. A conclusão foi que as ferramentas de modelação, particularmente o AH, o AEA e o AEE são uma mais-valia extraordinária para ajudar o utilizador na tomada de decisões em fases bastante preliminares da engenharia de processos.

Automação e controlo de um sistema de armazenamento de bicicletas

A crescente procura da bicicleta como meio de transporte alternativo torna relevante a criação e desenvolvimento de infra-estruturas de apoio, tais como ciclovias e parques para bicicletas. Os sistemas tradicionais de parqueamento de bicicletas com recurso a correntes e cadeados não fornecem segurança nem comodidade. No entanto, começam a surgir, em várias cidades do mundo, parque automáticos onde é possível guardar uma bicicleta em segurança, protegendo-a quer das intempéries quer de actos de vandalismo. Este trabalho apresenta uma proposta para um parque automático de armazenamento de bicicletas, com recurso a caixas individualizadas que garantem a sua segurança, e também de outros bens que podem ser guardados junto da mesma, como por exemplo um capacete ou uma mochila. O sistema proposto no âmbito deste trabalho é um complemento às alternativas existentes. As vantagens apresentadas pelo sistema proposto são: a sua construção modular e personalizada; e a possibilidade de instalação num terreno plano, sem recurso a obras de construção civil. O objectivo foi criar um projecto de automação e controlo de um protótipo, com base na proposta apresentada. O projecto de automação e controlo engloba a escolha dos sensores e dos actuadores. Para o dimensionamento dos motores foi necessário recorrer a um cálculo simplificado da estrutura do robô manipulador. Foi feita a escolha dos sensores, actuadores e do controlador com base nos requisitos funcionais. A programação foi desenvolvida numa linguagem normalizada. O modelo desenvolvido poderá servir de base para um projecto multidisciplinar entre vários departamentos do Instituto e dessa cooperação poderá surgir um novo projecto optimizado para produção e de menor custo.

A energia das ondas e o seu aproveitamento

As crises energéticas surgidas no decorrer do último século, incluindo a crise do petróleo, obrigaram o Homem a procurar cada vez mais fontes de energia alternativas e preferencialmente inesgotáveis. Desta situação, resultou uma forte aposta na exploração das fontes de energias renováveis, que são uma das principais alternativas para responder a um aumento de procura, e também, face às exigências de consumos actuais, beneficiando de ao se apostar numa energia limpa e renovável existir uma forte redução nos impactes ambientais que outras fontes de energia não apresentam. O aproveitamento dos recursos provenientes de fontes de energia renováveis para a produção de energia já existe há vários anos, e, em alguns casos, atingiram já um estado de maturidade considerável, como é caso da energia eólica. Em comparação, o mesmo já não acontece com a energia das ondas. Embora o oceano apresente um recurso com enorme potencial para ser explorado, incluindo as ondas e correntes oceânicas, os dispositivos tecnológicos necessários para a exploração deste recurso encontram-se maioritariamente ainda em fase experimental, havendo casos pontuais que atingiram a fase pré-comercial. Assim, não existe até à data um dispositivo padrão para a exploração da energia das ondas em grande escala, contrariamente ao que acontece com a energia eólica. Para esta situação, contribuiu o elevado número de dispositivos patenteados para a exploração da energia das ondas, nenhum deles com vantagens significativas relativamente a outros, e também, devido ao facto de a exploração deste tipo de energia não poder ser feito de igual modo na costa ou a muitos quilómetros dela. Na presente dissertação são apresentados alguns dos principais dispositivos existentes para a extracção de energia proveniente das ondas oceânicas, com especial atenção para os dispositivos de coluna de água oscilante.

Conversor multinível NPC de cinco níveis como ondulador de tensão ligado à rede

O crescimento da utilização de accionamentos electromecânicos de velocidade variável entre outros dispositivos que necessitam de tensões elevadas, na ordem dos kV e com elevados níveis de qualidade, despertou o interesse pelos conversores multinível. Este tipo de conversor consegue alcançar elevadas tensões de funcionamento e simultaneamente melhorar a qualidade das formas de onda de tensão e corrente nas respectivas fases. Esta dissertação de mestrado tem por objectivo apresentar um estudo sobre o conversor multinível com díodos de ligação ao neutro (NPC – neutral point clamped), de cinco níveis utilizado como ondulador de tensão ligado à rede. O trabalho começa por desenvolver o modelo matemático do conversor multinível com díodos de ligação ao neutro de cinco níveis e a respectiva interligação com a rede eléctrica. Com base no modelo do conversor são realizadas simulações numéricas desenvolvidas em Matlab-Simulink. Para controlo do trânsito de energia no conversor é utilizando controlo por modo de deslizamento aplicado às correntes nas fases. As simulações efectuadas são comparadas com resultados de simulação obtidos para um ondulador clássico de dois níveis. Resultados de simulação do conversor multinível são posteriormente comparados com resultados experimentais para diferentes valores de potências activa e reactiva. Foi desenvolvido um protótipo experimental de um conversor multinível com díodos de ligação ao neutro de cinco níveis e a respectiva electrónica associada para comando e disparo dos semicondutores de potência.

Projecto de um regulador linear de tensão: LDO

Os reguladores de tensão LDO são utilizados intensivamente na actual indústria de electrónica, são uma parte essencial de um bloco de gestão de potência para um SoC. O aumento de produtos portáteis alimentados por baterias levou ao crescimento de soluções totalmente integradas, o que degrada o rendimento dos blocos analógicos que o constituem face às perturbações introduzidas na alimentação. Desta forma, surge a necessidade de procurar soluções cada vez mais optimizadas, impondo assim novas soluções, e/ou melhoramentos dos circuitos de gestão de potência, tendo como objectivo final o aumento do desempenho e da autonomia dos dispositivos electrónicos. Normalmente este tipo de reguladores tem a corrente de saída limitada, devido a problemas de estabilidade associados. Numa tentativa de evitar a instabilidade para as correntes de carga definidas e aumentar o PSRR do mesmo, é apresentado um método de implementação que tem como objectivo melhorar estas características, em que se pretende aumentar o rendimento e melhorar a resposta à variação da carga. No entanto, a técnica apresentada utiliza polarização adaptativa do estágio de potência, o que implica um aumento da corrente de consumo. O regulador LDO foi implementado na tecnologia CMOS UMC 0.18μm e ocupa uma área inferior a 0,2mm2. Os resultados da simulação mostram que o mesmo suporta uma transição de corrente 10μA para 100mA, com uma queda de tensão entre a tensão de alimentação e a tensão de saída inferior a 200mV. A estabilidade é assegurada para todas as correntes de carga. O tempo de estabelecimento é inferior a 6μs e as variações da tensão de saída relativamente a seu valor nominal são inferiores a 5mV. A corrente de consumo varia entre os 140μA até 200μA, o que permite atingir as especificações proposta para um PSRR de 40dB@10kHz.

Soldadura a frio de revestimentos vinílicos para pavimentos

As preocupações ambientais com o aproveitamento ou a reciclagem depois da vida útil de um material, o benefício que a utilização desse material pode trazer ao mundo, a forma como o produto é obtido, são assuntos em geral importantes nos dias que correm. No caso especifico desta tese, o material mais falado será o vinílico, servindo de mote para apresentar uma solução alternativa de soldadura de juntas para pavimentos vinílicos. Preocupações com as exigências e classificações funcionais, bases de assentamento, camadas de regularização/primários e colas serão também destacadas, até porque sem a boa execução/conjugação de todas as partes dificilmente obteríamos um bom pavimento. Cada vez mais, soluções alternativas para situações correntes são procuradas, quer por construtores quer por projectistas, tendo em vista o melhoramento não só dos trabalhos a realizar mas também o aspecto visual dos mesmos quando concluídos. Constitui objectivo essencial da presente tese provar que uma solução praticamente desconhecida no nosso país como é o caso da soldadura a frio, num pavimento vinílico, é tão boa ou melhor que a solução tradicional de soldadura a quente, onde o cordão de soldadura é visível. Países como a França ou a Alemanha, já utilizam há alguns anos esta solução, não só porque permite aos arquitectos projectar chãos em vinílico mais elaborados não sendo visível qualquer tipo de descontinuidade/junta, mas também porque em termos de execução e utilização permite uma maior rapidez.

Caracterização de revestimentos sujeitos à acção da água e sais: estudo físico e mecânico da influência dos agregados

A realização do trabalho decorre numa altura em que a reabilitação é um dos principais focos da construção, a qual abrange desde edifícios antigos correntes a património histórico. Com o intuito de preservar a durabilidade dos edifícios antigos, surge a necessidade de garantir a compatibilidade dos novos materiais a colocar com os materiais existentes. Portugal tem património edificado junto à orla costeira sujeito a elevada humidade relativa e a sais solúveis, os quais demonstraram ter resistência e durabilidade ao longo dos tempos. Uma vez que grande parte das construções antigas são constituídas por argamassas tradicionais de cal aérea, pretende-se, deste modo avaliar a influência dos diferentes tipos de agregados presentes nas argamassas de cal aérea. O presente trabalho compreende uma descrição de todos os procedimentos realizados, desde a formulação das argamassas de cal aérea com diferentes tipos de areia (basáltica, granítica, de corroios e do rio Tejo), estando cada argamassa sujeita a dois tipos de cura distintos, em meio natural marinho e em laboratório durante 90, 180 e 365 dias. O desempenho das argamassas executadas foi avaliado pela realização de ensaios físicos e mecânicos. Os resultados obtidos evidenciaram melhor desempenho das argamassas com agregados basálticos, não sendo clara a influência do meio no desempenho das mesmas.

Compatibilidade electromagnética: perturbações injectadas na rede eléctrica por onduladores de tensão

O desenvolvimento verificado nos semicondutores de potência permitiu uma revolução no processamento de energia eléctrica e com ele surgiram novos problemas relacionado com a qualidade de energia eléctrica. A produção a baixo custo dos semicondutores permitiu a massificação e disseminação de conversores estáticos de potência nas áreas industrial e residencial. Ao longo do tempo, têm vindo a aparecer sistemas e equipamentos electrónicos com o propósito de dar resposta às novas necessidades de processamento de energia eléctrica. Os inversores de tensão, conversores DC/AC, passaram a ser de utilização corrente. Uma vez que estes possuem comportamento não-lineares, são fontes de ruído e “lixo” harmónico, levantam problemas do ponto de vista da Compatibilidade Electromagnética (EMC). A Comissão Electrotécnica Internacional (IEC) debruça-se sobre estes fenómenos, desde 1906, sendo já normalização em vigor de maneira a atenuar o efeito da injecção de harmónicas de corrente na rede eléctrica. Alguma da normalização do IEC é desenvolvida em conjunto com a Organização Internacional de Normalização (ISO). Na Europa, o organismo responsável pela normalização electrotécnica é o Comité Europeu para a Normalização Electrotécnica (CENELEC). Em Portugal, a normalização está a cargo do Instituto Português de Qualidade (IPQ) e existem três tipos de normas: - Normas estritamente portuguesas (NP) - Normas que resultam da adopção de normas europeias (NP EN) - Normas que resultam da adopção de uma norma europeia, por sua vez, resultante da adopção de uma norma internacional (NP EN ISO) Neste trabalho é apresentado um estudo teórico e experimental relativo à geração e injecção na rede eléctrica de harmónicas de corrente por onduladores de tensão. Tendo em vista a comparação experimental e a medição de injecção harmónica de correntes na rede, foi projectado e construído um ondulador de tensão trifásico e uma rede estabilizadora de impedância de linha. Os estudos debruçam-se sobre o comportamento do ondulador de tensão monofásico, para o qual foram apenas utilizados dois braços do ondulador. Para além do estudo das harmónicas de corrente de baixa frequência, reguladas pela normalização nacional, foram apenas feitos estudos relativos à medida das perturbações de modo comum e modo diferencial propagadas por condução na gama das frequências mais elevadas.

Orientação de campo da máquina assíncrona: controlo preditivo

Nesta dissertação de Mestrado foi realizado o estudo teórico e a respectiva comprovação experimental da aplicação do Controlo por Orientação de Campo para a máquina assíncrona trifásica permitindo a imposição das correntes com recurso ao Controlo Preditivo. Foi efectuado inicialmente a modelização do sistema, ondulador de tensão trifásico e máquina assíncrona trifásica, e o estudo do Controlo Preditivo mais adequado a aplicar ao sistema. Depois de realizado o Controlo por Orientação de Campo foi projectado e dimensionado um anel exterior para controlo de velocidade. Os ensaios com recurso inicialmente à simulação numérica em ambiente Matlab/Simulink e posterior experimentação laboratorial, permitem a validação dos modelos teóricos e da técnica de controlo utilizada. Foram realizados testes em regime estacionário e regime dinâmico para diferentes referências de velocidade. Os ensaios efectuados em simulação e experimentais foram comparados com a solução de imposição das correntes através de controladores histeréticos, nesta dissertação designada por técnica clássica. A implementação laboratorial do protótipo, foi realizada através do projecto, dimensionamento e construção de vários módulos para o efeito. O rectificador trifásico tem entrada compatível com as tensões nominais da rede, inclui também uma resistência de pré-carga dos condensadores, e uma resistência de dissipação para limitar a tensão no barramento de tensão DC. O módulo integrado de potência para funcionamento como ondulador de tensão trifásico tem uma estrutura compacta, onde estão incluídos drivers de disparo dos seus semicondutores, e algumas protecções inerentes ao seu bom funcionamento. Para implementação do Controlo por Orientação de Campo e o anel exterior para controlo de velocidade, foi usado um controlador digital de sinal do fabricante dSPACE.

Análise estatística de informação georreferenciada

Com o volume de informação disponível para análise e tomada de decisões, a capacidade de sumarização da informação, facilitando o processo de análise e tomada de decisões em tempo útil, assume um papel fundamental nos dias correntes. Com o crescimento de sistemas de exploração geográfica dos dados, esta tese propõe e implementa uma solução para a exploração e sintetização da informação geográfica. A exploração geográfica dos dados é efetuada com recurso a mapas temáticos, gráficos e tabelas pivot. Para a exploração geográfica dos dados, são estudadas várias técnicas de geração de mapas temáticos, tecnologias associadas e conceitos de sistemas de informação geográfica. O foco do projeto recai sobre, sumarização de informação estatística georreferenciada, através de mapas coropletos com suporte em mapas dinâmicos na Web. Como prova de conceito, são utilizados os dados disponibilizados pelo Instituto Nacional de Estatística (INE), através de um Web Service. Estes dados, são integrados no sistema possibilitando a representação onde cada um dos indicadores através das ferramentas de sumarização da informação implementadas: Gráficos, Tabelas pivot e Mapas temáticos.

Impermeabilização e isolamento térmico de coberturas em terraço, sistemas construtivos e patologias

O texto desenvolvido nos capítulos seguintes apresenta-se dividido em 6 partes: O Capítulo 1 contém a introdução ao tema do trabalho apresentado, bem como os seus objectivos. No Capítulo 2 faz-se a apresentação dos tipos de coberturas em terraço, classificandoas de acordo com a sua utilização, os materiais utilizados e os métodos de construção, incluindo o posicionamento das camadas. São referidos ainda os requisitos funcionais da cobertura e apresentadas as soluções construtivas mais frequentes. Seguidamente, no Capítulo 3, descrevem-se as propriedades químicas, físicas e mecânicas dos materiais utilizados como isolamento térmico, salientando-se ainda a natureza e origem das matérias primas e os modos de produção e aplicação. São também referidas as exigências de qualidade, de acordo com os critérios da UEAtc (Union Européenne pour l'Agrément technique dans la construction). Faz-se ainda neste capítulo uma análise ao fenómeno da condensação resultante da presença do vapor de água no interior dos edifícios, sendo que este é a principal causa do aparecimento de variadas patologias nos edifícios. É assim analisado um leque de soluções correntes de isolamento térmico e seu comportamento em presença da humidade, resultante das actividades realizadas no interior dos compartimentos. Refere-se também a importância da inércia higroscópica dos revestimentos, na redução da humidade relativa interior. No Capítulo 4, procede-se à descrição dos vários métodos de classificação de sistemas de impermeabilização, indicam-se os materiais mais vulgarmente usados na impermeabilização e referem-se as soluções construtivas nos pontos singulares da cobertura. Posteriormente, no Capítulo 5 é feita uma apresentação das causas e tipos de anomalias que conduzem à presença de humidade, provocada por infiltração de água ou por condensação, em superfície corrente e pontos singulares. No Capítulo 6, são apresentadas de uma forma sucinta os factores determinantes a um bom funcionamento de uma cobertura em terraço, ao nível do projecto, construção e utilização. São, ainda, deixadas algumas sugestões que poderão levar ao desenvolvimento de trabalhos complementares do ora apresentado.

Efeito do conteúdo energético da alimentação em colunas de destilação reativa

O objetivo desta tese final de mestrado reside na avaliação económica da viabilidade de utilização de alimentações com temperatura superior ao ponto de ebulição em colunas de destilação reativa (CDR). Considerando diversos estudos efetuados sobre a qualidade da alimentação em CDR, verificou-se que a utilização de valores de temperatura fora da gama tradicionalmente usada na metátese de olefinas (2C5H10 C4H8 + C6H12), poderia trazer vantagens ao nível das especificações e da energia consumida. Foi feita a comparação da avaliação económica realizada anteriormente de seis configurações otimizadas com base no princípio da Conservação de Energia e a avaliação económica das mesmas configurações considerando os dois primeiros princípios da termodinâmica A abordagem termodinâmica incidiu na análise dos perfis dos gráficos Estágio-Défice de entalpia e nos perfis de Estágios-Perdas de exergia gerados pela ferramenta Aspen Plus Targeting, que permitiu a identificação de especificações da coluna passíveis de ser melhoradas/alteradas nomeadamente: - localização do estágio de alimentação; - alterações na razão de refluxo; - alterações da temperatura de alimentação. Verificaram-se diminuições nos custos anuais (TAC) em todos os casos, pela alteração dos estágios da alimentação das correntes quente e fria, da razão de refluxo e da temperatura de alimentação da corrente quente, mantendo a pureza do produto obtido. A irreversibilidade de todos os casos diminuiu devido a uma melhoria na performance termodinâmica resultado das alterações introduzidas. Este trabalho mostra que a análise económica feita anteriormente no que diz respeito aos custos anuais de equipamento e utilidades (TAC) e catalisador, tendo como referência indicadores de custo, pode ser ajustada para valores inferiores se se considerar uma abordagem termodinâmica do processo.

Reabilitação de edifícios de habitação no Bairro da Mouraria em Lisboa

A Reabilitação Urbana é uma preocupação que afeta a maioria dos municípios portugueses. A degradação nosso património edificado da nossa memória, principalmente nos centros históricos, tornou-se um problema que urge resolver rapidamente. Na conjuntura que o país atravessa, com o excesso de construção nova que nos últimos anos inundou o mercado, a reabilitação assume-se como uma opção para a indústria da construção civil. No caso do Bairro da Mouraria, o esforço que o município tem vindo a desenvolver, que implica grandes investimentos e grande esforço financeiro, no difícil contexto económico do país, assume maior relevância. Esta dissertação debruça-se sobre o caminho percorrido, as condicionantes das soluções de projeto e do investimento na reabilitação no Bairro da Mouraria. E sobre os aspetos que envolvem esta atividade e conferem à recuperação do edificado um carácter especial, pois trata-se de um tipo de obra que se reveste de alguma imprevisibilidade, que pode mesmo levar a custos adicionais e à inviabilidade dos investimentos. O que justifica que para este tipo de obras tenha de haver uma atenção redobrada desde a fase do levantamento do edificado, das suas patologias, das obras a realizar, das soluções arquitetónicas e técnicas a adotar, passando pela fase de licenciamento do projeto, até à recuperação física dos edifícios. Pretende-se, também, apresentar algumas situações típicas de reabilitação de edifícios antigos, aprofundando-se as questões técnicas sobre as patologias mais correntes, a viabilidade económica das operações e enquadrando os principais fatores que têm retardado o processo.

Projecto de execução de uma obra de arte

Trabalho de Projecto para obtenção do grau de Mestre em Engenharia na Área de Especialização em Estruturas

A biosignal embedded system for physiological computing

Thesis submitted in the fulfilment of the requirements for the Degree of Master in Electronic and Telecomunications Engineering