Avaliação de fiabilidade de sistemas elétricos e de automação em instalações de frio industrial

Dissertação para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Energia/Automação e Eletrónica Industrial

Conceito, classificação e quantificação da fiabilidade humana na relação homem-máquina

O estudo da fiabilidade é um tema imprescindível para qualquer sistema homem-máquina que pretenda adquirir os melhores índices de segurança e rendimento. Se a fiabilidade dos equipamentos é um campo onde já muito foi estudado, debatido e provado no terreno e onde os novos desenvolvimentos irão apenas acontecer devido aos avanços tecnológicos que permitam melhor predizer as potenciais falhas dos equipamentos, já a fiabilidade humana é uma área de estudo relativamente nova e onde muito há a desenvolver, particularmente devido ás características inatas do ser humano. Ao contrário da evolução tecnológica, onde a melhoria dos materiais e processos obedece a um aperfeiçoamento relativamente gradual e crescente e que pode ser avaliado e melhorado, o comportamento e o aperfeiçoamento do ser humano apresentam dificuldades e complexidades variadas porque o mesmo é único e sofre influências adversas e imprevisíveis do meio em que vive, as quais têm influência directa no seu comportamento. Assim este trabalho académico propõe-se estudar e identificar as principais causas de erros humanos, através do conhecimento adquirido acerca dos processos cognitivos mais comuns do Homem, bem como definir os conceitos e procedimentos adjacentes à fiabilidade humana e às suas principais ferramentas de avaliação.

Sistemas de automação e manutenção de edifícios: concepção de sistemas de detecção e protecção contra incêndios de uma unidade hoteleira

No sentido de aprofundar um tema pouco abordado ao longo das unidades curriculares do mestrado em Engenharia Mecânica – Ramo de Energia, Refrigeração e Climatização, leccionado no Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, realizou-se um estudo que envolveu a aquisição de conhecimentos não só através de pesquisa bibliográfica como também através do contacto com algumas pessoas com vasta experiência nesta área. Através da análise da legislação, e consequente determinação dos requisitos aplicados à unidade hoteleira em estudo, pretendeu-se colocar em prática os conhecimentos adquiridos, através da concepção um projecto de segurança contra incêndios, com sistema automático de detecção, desenfumagem, pressurização e extinção, sendo a última etapa do trabalho a execução de um projecto e respectiva memória descritiva, de acordo com o Regulamento, que inclui a classificação do edifício, a especificação dos equipamentos, a apresentação dos cálculos efectuados e a descrição do funcionamento da instalação. Com a realização do trabalho, concluiu-se que a melhor maneira de se atingir o objectivo principal, salvar vidas, é atender a prioridade secundária: a extinção do incêndio, e que para tal seja feito de uma forma eficiente, é necessário um projecto minucioso e completo, sustentado por uma construção cuidada, uma manutenção correcta e um conjunto de instalações especiais devidamente dimensionadas e com capacidade para compartimentar, circunscrever e extinguir o incêndio.

Metodologia básica de ensaios e execução de ensaios acelerados de vida na área de fiabilidade

Os ensaios acelerados de vida são testes que se realizam com o objectivo de estimar determinados parâmetros fiabilísticos, referentes a um dado bem, provocando-lhe a ocorrência de um dado modo de falha específico num espaço de tempo mais curto do que aquele em que normalmente este evento ocorreria. É através dos ensaios acelerados, e de modelos analíticos específicos, que se torna então possível prever as falhas antes de estas ocorrerem, potenciando atempadamente possíveis alterações de projecto ou concepção, antes do bem entrar no mercado. Este tipo de ensaios possibilita, por exemplo ao fabricante, uma economia de tempo na determinação da informação de dados de vida (considerados relevantes) que deverá acompanhar o produto na sua comercialização. Para uma melhor compreensão da temática, abordam-se no trabalho duas áreas essenciais, nomeadamente: O conceito de Fiabilidade e o conceito de Ensaios Acelerados de Vida. Ao longo do documento podem-se analisar os modelos mais utilizados em Ensaios Acelerados, como o Modelo de Arrhenius, o Modelo de Eyring, o Modelo de Potência Inversa e o Modelo de Temperatura e Humidade. Também são apresentadas algumas distribuições importantes relacionadas com esses modelos, como a Distribuição Normal, a Distribuição Lognormal, a Distribuição Exponencial e a Distribuição de Weibull. Para verificação da metodologia, realizou-se uma aplicação experimental, tendo por base a normalização existente e os parâmetros seguidos pelo fabricante do componente estudado. Para tratamento dos dados resultantes dos ensaios acelerados utiliza-se o programa ALTA 7.0 PRO, que de uma forma expedita permite extrapolar das condições de ensaio para uma utilização normal, e assim determinar os parâmetros fiabilísticos correspondentes ao bem. De salientar que este ‘’software’’ pode trabalhar com um ou mais níveis de aceleração, como por exemplo conjugar a influência da temperatura com a humidade. O conhecimento dos modelos usados nesta área permite compreender a metodologia de ensaios acelerados e o comportamento dos componentes. Os dados demonstram uma alta precisão dos resultados, num período de tempo reduzido.

Controlo de fiabilidade de um componente de avião

O presente relatório, insere-se no âmbito de um Estágio de Natureza Profissional, realizado na TAP Manutenção e Engenharia, relativo à Unidade Curricular de Trabalho Final de Mestrado, do curso de Mestrado em Engenharia Mecânica - Ramo Manutenção e Produção - do Instituto Superior de Engenharia de Lisboa. O referido Estágio de Natureza Profissional, com a duração de 640 horas, teve como objectivo o controlo da fiabilidade de um componente de avião, aplicando metodologias da Manutenção Centrada na Fiabilidade, orientadas para a Logística de Componentes, visando a análise, e possível melhoria, do compromisso entre a disponibilidade e a fiabilidade dos componentes e os seus custos de posse. O trabalho foi desenvolvido nas instalações da TAP Manutenção & Engenharia, nomeadamente no sector de Fiabilidade e Programas de Manutenção da Direcção de Engenharia, e também Oficina de Interiores de Cabine, que é a oficina responsável pelo componente que viria a ser atribuído como objecto de estudo para a realização do presente trabalho. Numa fase preliminar, foram ainda levadas a cabo reuniões na Empresa, com vista à formalização do estágio e à apresentação dos sectores onde o mesmo se iria realizar, bem como para demonstração das metodologias de controlo da fiabilidade utilizadas na mesma. Após a formalização do Estágio, foram atribuídas como objecto de estudo as cadeiras de tripulação técnica em exploração na frota da TAP Portugal, fabricadas pela SOGERMA, firma pertencente ao consórcio aeronáutico europeu EADS. A escolha do componente prendeu-se com o facto de o mesmo se encontrar em alerta, devido a encontrar-se regularmente com o índice de remoções prematuras excedido. Com a atribuição do objecto de estudo foi necessário levar a cabo não só uma familiarização com o objecto de estudo, nomeadamente quais os seus principais componentes e modos de funcionamento, bem como com as suas fichas de cadastro onde se encontra registado o historial de intervenções efectuadas sobre os referidos componentes. Para o presente estudo, de modo a possibilitar uma melhor análise da evolução do comportamento dos componentes, e para que a amostra em estudo fosse mais significativa, foram tidos em conta os dados das remoções prematuras desde o ano 2000 até à actualidade. Essa informação, retirada da base de dados da TAP, foi então cruzada com a informação contida nas fichas de cadastro de cada uma das unidades com vista à aferição das causas das remoções e à segregação dos dados não relevantes para o estudo. Foi assim possível determinar os modos de falha envolvidos e levar a cabo o respectivo tratamento estatístico com vista à determinação das frequências relativas e absolutas de cada um dos mesmos. Após o apuramento dos dados relevantes, foi usada uma ferramenta informática, o software Weibull ++, da Reliasoft, para tratamento dos dados de vida dos componentes, visando a determinação não só das distribuições de probabilidade que melhor se adequam aos dados em questão bem como da vida média do componente em cada análise efectuada. Para uma melhor avaliação foram usadas as seguintes abordagens: • Análise ao longo do tempo, usando a totalidade dos dados, filtrando os dados por intervalos de tempo de modo ser possível traçar uma evolução da exploração ao longo do período considerado; • Análise do comportamento em médio curso e longo curso, de cada uma das séries de cadeiras isoladamente; • Análise do comportamento de cada uma das séries, independentemente da aeronave em que se encontrem instaladas; • Análise global do comportamento das cadeiras, de modo a ser possível retirar um indicador global da exploração dos objectos de estudo.

Sistemas de automação e manutenção de edifícios: eficiência energética dos sistemas de elevação vertical para transporte de pessoas

O presente trabalho incide sobre a análise da eficiência energética dos elevadores. Para se poder entender esta questão, são apresentadas diversas informações que permitem conhecer os factores associados aos consumos de energia activa, procurando-se perceber qual o rendimento destes equipamentos. Inicialmente são analisados os diversos componentes, que fazem parte de um elevador e os locais em que esses componentes são instalados. Abordam-se as diferentes soluções de accionamento, os diversos tipos de utilização e as diferentes tecnologias que podem ser aplicadas. O estudo dos consumos de energia eléctrica dos elevadores, foi efectuado com base na metodologia desenvolvida pelo grupo E4, do programa Utilização Eficiente da Energia, da Comunidade Europeia, cujo suporte foi o DRAFT ISSO/DIS 25745 - 1 Energy Performance of Lifts and Escalators - Part 1: Energy Measurement and Conformance. Os consumos de energia eléctrica serão caracterizados com os elevadores a serem monitorizados individualmente e sem carga na cabina. A apresentação de resultados obtidos terá em linha de conta: a energia eléctrica consumida com o equipamento em modo de funcionamento, ou seja, com este a realizar ciclos completos, e a potência eléctrica consumida com a instalação em modo de standby, ou seja em não operação. No presente trabalho, são divulgados estudos do grupo E4, em que foram monitorizados elevadores em quatro países da Europa: Portugal, Alemanha, Itália e Polónia. Estes estudos permitem estimar os consumos anuais de energia eléctrica, a nível de funcionamento e a nível de standby e estimar o consumo total, seguindo como base a metodologia anteriormente referida. Para se caracterizar o parque Europeu de elevadores, o grupo E4 recorreu à ELA, Associação Europeia de Elevadores, tendo assim sido possível estimar o consumo anual numa Europa a 27, acrescido do parque da Suíça e da Noruega. Pretende-se com isso poder estimar o potencial de redução no consumo energético no parque analisado, com a aplicação das Melhores Tecnologias Disponíveis (MTD) e com a aplicação de tecnologias que ainda estão em fase de desenvolvimento. (MTND). Paralelamente o autor irá apresentar as monitorizações que efectuou a três elevadores, para os quais procurou validar as leituras efectuadas, comparando os consumos obtidos, com os consumos registados pelas monitorizações do grupo E4 e respectivas estimativas de consumos anuais de energia. As monitorizações do autor, serão utilizadas na catalogação desses três equipamentos a nível de classes de eficiência energética, tendo por base a VDI 4707/Part 1 - Lifts - Energy Efficiency - VDI manual Building Services - Volume 5: Transportation Systems. Procura-se, também, criar um método de apoio na tomada de decisão nas diversas fases de um ciclo do elevador, nomeadamente: desde a especificação, a selecção do sistema de accionamento, a selecção dos sistemas auxiliares, a instalação e a operação do elevador, com vista à melhoria da eficiência energética, e á instalação futura ou à modernização dos equipamentos existentes. Abordam-se as barreiras existentes que inibem a mudança no sector de elevação, para a implementação das MTD no parque de elevadores existente ou no desenvolvimento de novas tecnologias que possibilitem a melhoria da eficiência energética, MTND. Por ultimo, aborda-se de forma simples a temática da supervisão técnica nos elevadores, através da monitorização e supervisão dos diversos componentes, com vista à optimização da gestão da manutenção e procurando interligar esta gestão à melhoria da eficiência energética. Consegue-se concluir que apenas com a aplicação das MTD, podem ser obtidos ganhos de eficiência energética, e também que este tema não tem tido a importância que merece, pois, na análise da eficiência energética de um edifício, a eficiência dos elevadores não é tida em consideração. A ausência de legislação específica, que torne a análise da eficiência energética dos elevadores obrigatória, será um dos problemas referidos. Reforça-se que, a potencialidade de poupança energética na Europa não deve ser desprezada.

Metodologia para redução de perdas e aumento de fiabilidade em redes de distribuição

Esta dissertação incide na aplicação de uma metodologia para a localização e dimensionamento de dispositivos, que permitem reconfigurações de redes de distribuição (órgãos de corte de rede), tendo por objectivo a minimização de perdas e aumento da fiabilidade incorporando não só aspectos técnicos como também económicos. Para efectuar a avaliação técnica foram utilizados métodos de redução de perdas e de aumento da fiabilidade. Para elaborar a avaliação económica, foram utilizados os rácios B/C, VAL e a TIR para cada reconfiguração de rede identificada. Na redução de perdas, foi aplicado um algoritmo que para diferentes níveis de carga identificada a melhor configuração da rede que minimiza as perdas. Para cada configuração da rede identificada anteriormente foi avaliada a correspondente fiabilidade, tendo por base os indicadores da qualidade de serviço aprovados e definidos por entidades reguladoras. As configurações escolhidas foram avaliadas com base nos ganhos obtidos na redução de perdas e no aumento de fiabilidade. Estes métodos foram aplicados a uma rede de distribuição real, e a escolha incidiu na rede eléctrica de São Vicente em Cabo Verde. No final foi elaborada uma avaliação económica que serviu de suporte à decisão técnica. A aplicação dos métodos permitiu evidenciar que com a colocação de órgãos de telecomando da rede em 6 locais, obtém-se uma redução de perdas de cerca 5,3% e energia não distribuída de 41,1% em cada ano. Analisando o investimento para o período de vida útil dos órgãos de corte de rede (15 anos), apresenta um rácio B / C = 3,50, VAL = 511k€ e uma TIR = 69,4%.

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.

Análise de fiabilidade de sistemas e componentes de helicópteros

Este trabalho ocorre face à necessidade da empresa Helisuporte ter uma perspectiva a nível de fiabilidade das suas aeronaves. Para isso, foram traçados como objectivos de estudo a criação de uma base de dados de anomalias; identificação de sistemas e componentes problemáticos; caracterização dos mesmos, avaliar a condição de falha e, com isto, apresentar soluções de controlo de anomalias. Assim, foi desenvolvida uma metodologia que proporciona tratamento de dados com recurso a uma análise não-paramétrica, tendo sido escolhida a estatística de amostra. Esta irá permitir a identificação dos sistemas problemáticos e seus componentes anómalos. Efectuado o tratamento de dados, passamos para a caracterização fiabilística desses componentes, assumindo o tempo de operação e a vida útil específica de cada um. Esta foi possível recorrendo ao cálculo do nível de fiabilidade, MTBF, MTBUR e taxa de avarias. De modo a identificar as diferentes anomalias e caracterizar o “know-how” da equipa de manutenção, implementou-se a análise de condição de falha, mais propriamente a análise dos modos e efeitos de falha. Tendo isso em atenção, foi construído um encadeamento lógico simples, claro e eficaz, face a uma frota complexa. Implementada essa metodologia e analisados os resultados podemos afirmar que os objectivos foram alcançados, concluindo-se que os valores de fiabilidade que caracterizam alguns dos componentes das aeronaves pertencentes à frota em estudo não correspondem ao esperado e idealizado como referência de desempenho dos mesmos. Assim, foram sugeridas alterações no manual de manutenção de forma a melhorar estes índices. Com isto conseguiu-se desenvolver, o que se poderá chamar de, “fiabilidade na óptica do utilizador”.

Projecto dum laboratório remoto para automação de processos industriais

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Sistemas de automação e manutenção de edifícios: concepção dos sistemas de detecção e protecção contra incêndios de uma unidade industrial

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Projecto, montagem e teste de uma unidade modular de detecção de radiação Geiger-Muller

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Automação e Electrónica Industrial

Testes de ajuste a distribuições estatísticas e métodos para estimação dos parâmetros em análises de fiabilidade

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Estudo dos sistema de automação da protecção diferencial de linha e comparação direccional

O tema do sistema de automação da protecção diferencial de linha e comparação direccional é merecedor de uma nova abordagem devido às recentes inovações tecnológicas ocorridas desde o aparecimento dos relés digitais e à consequente comunicação entre os sistemas de protecção, em particular na comunicação entre protecções diferenciais de linha. A protecção diferencial de linha apresenta claras vantagens face às protecções actualmente utilizadas para a protecção de linhas de transmissão e distribuição, tais como, Protecção de Máximo Intensidade de Fase, Máximo Intensidade Homopolar Direccionale Protecção de Distância. Contudo, existem alguns problemas associados a este tipo de protecções, nomeadamente na comunicação entre relés. Para automação e comunicação de protecções diferenciais de linhas de transmissão, no caso da ocorrência de defeitos na zona protegida pelo sistema de protecção diferencial foi empregue um método inovador para este tipo de sistema. Uma vez que a eficácia da actuação das protecções diferenciais depende do rigor das variáveis que são necessárias enviar entre protecções que se encontram localizadas em subestações distintas, recorreu-se à utilização de um automatismo para comunicação entre relés suportado pelo desenvolvimento de novos algoritmos para detectar quase instantaneamente um defeito em qualquer zona de protecção de uma linha de transmissão. Estes algoritmos são baseados na Transformada de Park, pelo que, é introduzido um novo conceito neste tipo de protecções. Através destes algoritmos é possível atenuar os problemas associados à protecção diferencial de linha. No sentido de verificar a aplicabilidade destes algoritmos à protecção diferencial de linha são apresentados diversos casos de estudo. Através dos resultados obtidos também foi possível verificar as vantagens associadas à utilização dos algoritmos propostos.

Avaliação da implementação de programa de fiabilidade de aeronaves na Força Aérea Portuguesa

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica