Relatório de estágio em gabinete de engenharia na componente de climatização

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica com especialização em Energia, Climatização e Refrigeração

Estudo do comportamento reológico de sistemas complexos micelares

O surfactante Brometo de Cetiltrimetilamónio (CTAB), quando dissolvido em água, agrega-se espontaneamente em micelas, que crescem uniaxialmente após introdução de aditivos, tornando-se elongadas e sucessivamente mais entrelaçadas. Apresenta-se um estudo reológico para este surfactante, usando diferentes aditivos com o objectivo de produzir fluidos que exibem reologia manipulável, por influência da temperatura, concentração de aditivos e condições de iluminação (ausência ou irradiação com luz UV, no sistema foto-reológico). A caracterização dos sistemas é feita recorrendo a ensaios de fluxo em escoamento estacionário, de varrimento de temperatura, dinâmicos e de espectrofotometria. No sistema neutro (pH=7), os aditivos são os sais Salicilato de Sódio (NaSal) e Brometo de Potássio (KBr), onde se demonstra que o NaSal promove mais eficazmente o crescimento micelar que o KBr. O sistema passa de ter um comportamento próximo do Newtoniano a baixas concentrações de aditivos para um comportamento não-Newtoniano quando a composição está acima da concentração crítica de sobreposição, exibindo fenómenos de reofluidificação e reoespessamento; adicionalmente, o tempo de relaxação aumenta. As alterações reológicas que surgem com o aumento da temperatura devem-se à diminuição do comprimento micelar. O sistema ácido (pH=2) obtém-se adicionando Ácido Salicílico(HSal) em substituição do NaSal. O seu comportamento reológico é qualitativamente comparável ao sistema contendo NaSal, apesar dos valores de viscosidade serem no geral menores. Ao sistema ácido adiciona-se o composto fotocrómico trans-2,4,4,-Trihidroxichalcone (Chalcone), originando um sistema foto-reológico. Em soluções micelares de CTAB a pH ácido, o Chalcone exibe fotocromismo, mudança de cor reversível após irradiação no UV. Diferentes estados conformacionais associados com diferentes colorações estão também associados com diferentes afinidades de residir dentro ou fora das micelas, sugerindo que uma transferência de Chalcone, induzida por irradiação, entre o espaço intra e inter micelar pode ser usada para manipular o comprimento das micelas e consequentemente as propriedades reológicas intrínsecas. As alterações foto-reológicas são reversíveis por um processo de relaxação térmica, a taxas que dependem do pH.

Avaliação dos sistemas WiMAX e GSM-R para ambientes ferroviários

Com este trabalho pretende-se estudar o desempenho das tecnologias GSM-R e WiMAX em ambientes ferroviários. Este tipo de estudo tem uma importância elevada devido grande interesse na reestruturação dos sistemas de comunicações vocacionados para aplicações ferroviárias. Estes sistemas são cada vez mais complexos, apresentando níveis mais elevados de exigência, como a segurança, suporte de sinalização, tráfego ferroviário e interoperabilidade entre sistemas de diferentes países. Com tudo isto é necessário explorar e conhecer o comportamento de diversas tecnologias para este tipo de aplicações. Neste trabalho foi efectuado um primeiro estudo abrangendo a tecnologia WiMAX (Norma IEEE 802.16d) em ambientes interiores de edifícios, de forma a estudar o seu comportamento com e sem linha de vista e em proximidade e afastamento da estação base. Este estudo foi conclusivo quanto há não adequação desta tecnologia em ambientes ferroviários, visto ter sido observado que em situações de ausência de linha de vista a degradação da qualidade do sinal não conseguiria suportar os níveis de exigência necessários para a aplicação do mesmo em ambientes ferroviários. Analisou-se em segundo lugar a tecnologia GSM-R, onde se efectuou um estudo de campo em ambientes reais. Para o estudo desta tecnologia foram utilizados ambientes diversificados de forma a obter um estudo mais aprofundado do seu comportamento. Como objectivo têm-se a criação de melhores métodos de planeamento, mais vocacionados para as características específicas dos ambientes ferroviários e exigências das aplicações dos sistemas de comunicações ferroviários. Através deste estudo foi possível obter conclusões relativamente à variação da potência do sinal para as diversas condições e ambientes de propagação a que o sistema GSM-R foi sujeito, tendo sido possível também caracterizar o tipo de ambientes característicos das linhas ferroviárias. Foi possível também concluir que este tipo de sistemas consegue responder aos níveis de exigência e aplicações dos sistemas de comunicação ferroviários, trazendo uma mais-valia relativamente aos existentes actualmente a nível nacional.

Modelação do comportamento dinâmico de sistemas barragem-fundação-albufeira: formulação no espaço de estados com amortecimento generalizado

Com este trabalho mostra-se a importância da utilização integrada de modelos numéricos e de resultados da observação do comportamento dinâmico de barragens com vista ao controlo da segurança de sistemas barragem-fundação-albufeira. Neste trabalho utilizou-se o MATLAB para desenvolver um programa de elementos finitos 3D (DySSA 1.0, “Dynamic State Space Analysis”) para análise do comportamento dinâmico de sistemas barragem-fundação-albufeira considerando uma formulação em deslocamentos com a albufeira discretizada em elementos finitos com módulo de distorção nulo. Utiliza-se uma formulação no espaço de estados o que permite considerar amortecimento não proporcional à massa e à rigidez e conduz a modos de vibração complexos. Apresentam-se os fundamentos do método dos elementos finitos na perspetiva da sua implementação computacional para análise dinâmica de estruturas, e apresenta-se sumariamente o programa DySSA 1.0, o qual permite a análise estática e dinâmica de estruturas utilizando elementos finitos tridimensionais isoparamétricos do segundo grau (tipo cubo com 20 pontos nodais), e correspondentes elementos de junta (com 16 pontos nodais, 8 por cada face). O programa foi testado com base na análise dinâmica de uma parede em consola submetida à pressão hidrodinâmica. Os resultados numéricos foram comparados com soluções analíticas e com resultados experimentais obtidos no laboratório de estruturas do ISEL. Descrevem-se os fundamentos da análise dinâmica de estruturas no domínio do tempo, e referem-se os princípios em que se baseiam as metodologias de identificação modal no domínio da frequência. Analisa-se o comportamento dinâmico da barragem do Cabril em termos de frequências naturais e configurações modais, utilizando um modelo 3D representativo do sistema. Os resultados deste modelo numérico são comparados com resultados experimentais obtidos com base no sistema de monitorização dinâmica em contínuo, que foi instalado pelo LNEC em 2008.

Investigação no ensino de engenharia biomédica: dois casos de estudo

Desde os anos oitenta que os avanços das ciências básicas e das ciências da engenharia têm dado um impulso sem precedentes à investigação médica, o que criou as condições para a afirmação da Engenharia Biomédica como ramo autónomo da Engenharia. Este novo ramo da Engenharia impôs-se em domínios que incluem a imagiologia biomédica, a bioinformática, a biotecnologia, a biomecânica, os biomateriais, a engenharia de tecidos, próteses e orgãos artificiais, a análise e modelação de sinais fisiológicos e a gestão de sistemas de saúde. Já no século XXI, o volume de saber acumulado e a motivação para acelerar desenvolvimentos científicos e tecnológicos, levou à criação e organização nas universidades de uma oferta de cursos de graduação e pós-graduação em Engenharia Biomédica. Apesar do espectro muito largo da Engenharia Biomédica e dos cursos criados, é possível, mesmo ao nível de Mestrado pós-Bologna (licenciatura pré-Bologna), dar uma formação avançada que permita aos alunos realizar trabalhos de investigação complexos e com impacto clínico. Neste artigo apresentamos dois destes casos de sucesso, representativos do papel da investigação ao longo do ensino bem actual da Engenharia Biomédica. No primeiro, intitulado “Caracterização Tridimensional da Placa de Ateroma da Bifurcação Carotídea com Ultrasonografia 3D”, é apresentado um método inovador de diagnóstico da Aterosclerose, baseado na reconstrução e caracterização tridimensional da lesão aterosclerótica ao nível da bifurcação carotídea. O segundo trabalho, intitulado “Reconstrução da Frente de Onda e Simulação da Acuidade Visual no Estudo do Impacto das Aberrações Ópticas em Olhos Submetidos a Cirurgia”, apresenta uma ferramenta computacional que gera informação adicional sobre a medição da frente de onda obtida com aparelhos comerciais, permitindo estudar o impacto de aberrações ópticas na acuidade visual de diferentes olhos. Este artigo está organizado em quatro partes. A primeira parte é uma nota histórica introdutória à Engenharia Biomédica em geral. A segunda parte apresenta o que do ponto de vista de ensino superior em Engenharia Biomédica, ao nível de Mestrado Integrado de 1º e 2º ciclos, pode em geral viabilizar a fácil inserção dos estudantes na Investigação, conduzindo-os de imediato a resultados de investigação concretos. A terceira parte constitui a parte central deste artigo onde se apresentam dois exemplos ilustrativos do sucesso da formação de 5 anos em Engenharia Biomédica e da inserção da investigação, desde muito cedo, nessa formação. Por fim, na quarta secção apresentam-se as conclusões.

Amplificação em imunocitoquímica: estudo comparativo de sistemas de polímeros

Desde o início da utilização da imunocitoquímica em anatomia patológica, um dos objectivos tem sido detectar as quantidades mais ínfimas de antigénio, tornando-o visível ao microscópio óptico. Vários sistemas de amplificação têm sido aplicados de forma a concretizar este objectivo, tendo surgido um grupo genérico de métodos simples e que apresentam uma amplificação superior: são os denominados métodos do polímero indirecto. Tendo em conta a variedade de métodos disponíveis, os autores propõem-se comparar a sensibilidade de quatro sistemas de amplificação, que recorrem ao método do polímero indirecto com horseradish peroxidase (HRP). Foram utlizadas lâminas de diferentes tecidos fixados em formol e incluídos em parafina, nos quais se procedeu à utilização de 15 antigénios distintos. Na amplificação recorreu-se a quatro sistemas de polímero indirecto (Dako EnVision+ System K4006; LabVision UltraVision LP Detection System TL-004-HD; Novocastra NovoLink RE7140-k; Vector ImmPRESS Reagent Kit MP-7402). A observação microscópica e classificação da marcação obtida foi feita com base num algoritmo que enquadra intensidade, marcação específica, contraste e fundo num score global que pode tomar valores entre 0 e 25. Para o tratamento estatístico foi utilizado o teste oneway ANOVA com post-hoc de tukey (alfa=0.05). O melhor resultado obtido em termos de par média/desvio-padrão dos scores globais foi o do NovoLink (22.4/2.37) e o pior EnVision+ (17.43/3.86). Verificou-se ainda que existite diferença estatística entre os resultados obtidos pelo sistema NovoLink e os sistemas UltraVision (p=.004), ImmPRESS (p=.000) e EnVision+ (p=.000). Concluiu-se que o sistema que permitiu a obtenção de melhores resultados, neste estudo, foi o NovoLink.

Síntese de precursores de ligando do tipo 5-aril-2-iminopirrole e sua aplicação na preparação de complexos de níquel

O trabalho apresentado nesta dissertação centrou-se na síntese e caracterização de novos precursores de ligandos do tipo iminopirrolilo, usando como molécula de partida a 2-fenil-1-pirrolina. Estes ligandos foram posteriormente usados em tentativas de síntese de complexos de Ni(II). Em termos experimentais, este trabalho foi iniciado pelo estudo da síntese do 2- fenilpirrole a partir da 2-fenil-1-pirrolina, na tentativa de obter um produto puro, através de um processo competitivo em termos de eficiência e custo em relação aos descritos anteriormente pelo grupo de trabalho e pela literatura. Numa segunda fase, estudou-se a síntese de dois novos precursores de ligandos iminopirrolilo e, por fim, tentou-se sintetizar dois novos complexos de Ni(II) com base nos referidos ligandos, com vista ao seu uso como catalisadores de polimerização de olefinas. O Capítulo 1 apresenta uma introdução ao desenvolvimento dos complexos de metais de transição como catalisadores de polimerização de olefinas, dando-se ênfase especial aos catalisadores de níquel contendo ligandos α-diimina, fenoxi-imina, anilitropona e iminopirrolilo. Focam-se ainda os métodos de síntese de pirroles substituídos na posição 2, devido à importância que apresentam para os objectivos deste trabalho. No Capítulo 2 estuda-se a reacção de desidrogenação catalítica de 2-fenil-1-pirrolina a 2-fenilpirrole, catalisada por paládio suportado em carvão ou alumina activados. Posteriormente descreve-se a reacção de formilação do 2-fenilpirrole que origina o novo composto 5-fenil-2-formilpirrole. Este é transformado em novos precursores de ligando do tipo iminopirrolilo, mais especificamente 2-arilimino-5-fenilpirrolilo, por condensação com a dimetil- e diisopropilanilina. No Capítulo 3 discute-se as tentativas de síntese de novos complexos de Ni(II) contendo os ligandos iminopirrolilo sintetizados, a partir da reacção dos correspondentes sais de sódio com o complexo [NiCl(Ph)(PPh3)2]. O Capítulo 4 apresenta as conclusões gerais e o Capítulo 5 os detalhes experimentais, as sínteses e as caracterizações dos ligandos e dos complexos.

Compressão de imagens em sistemas de videovigilância

As características dos vídeos recolhidos num sistema de videovigilância são bastante diferentes dos vídeos recolhidos para filmes. Cada sistema de videovigilância é único. Este trabalho trata a implementação, e especialização, de um algoritmo de codificação de vídeo para um sistema particular de videovigilância composto por três câmaras fixas. O algoritmo desenvolvido tira partido do facto de se conhecer previamente as características físicas e de utilização do local. Utilizando uma codificação inteligente, a codificação das imagens recolhidas depende do dia da semana, hora, câmara e da detecção de alterações na área que se encontra sob vigilância. A especialização é realizada através da configuração do codificador, tendo em conta critérios pré-definidos, de modo a obter uma relação adequada entre a qualidade de imagem e a compressão dos dados. As imagens são independentemente codificadas pela seguinte ordem de operações: transformada discreta do co-seno, quantização, run-length e codificação de Huffman. São armazenadas todas as imagens onde for detectado movimento, não a totalidade da imagem, mas apenas as regiões onde foi detectado movimento sendo utilizado uma decomposição em árvore quaternária. Foi implementado um protótipo de modo a avaliar o desempenho do algoritmo de codificação. O algoritmo, quando comparado com a técnica de codificação usada no sistema de videovigilância, apresenta uma maior taxa de compressão As imagens descodificadas apresentam qualidade suficiente para identificar as pessoas em pontos críticos e seguir os seus movimentos ao longo do corredor.

Sistemas de climatização destinados a blocos operatórios

O presente trabalho pretende servir de apoio ao projecto das instalações mecânicas para blocos operatórios, em particular para as salas de operação. O objectivo e a lacuna encontrada na bibliografia portuguesa sobre os requisitos dos sistemas de climatização para blocos operatórios conduziram à reunião de um conjunto de elementos que, não esgotando o assunto, julgo serem suficientes para dar respostas à curiosidade de uns e para apoiar a decisão dos técnicos projectistas deste tipo de instalações mecânicas. Como objectivo do trabalho entende-se a definição de um sistema de climatização destinado a blocos operatórios, versátil, no sentido de que possa ser instalado em qualquer localidade, bastando para o efeito adaptar a unidade de tratamento e neutralização de ar novo, e mais económico, no que respeita ao consumo energético, quando comparado com os sistemas existentes,100% ar novo.

Comparabilidade energética entre sistemas de ciclo de 1 andar e de 2 andares

Este trabalho faz uma análise comparativa do desempenho termodinâmico, num mesmo fluído frigorigéneo, de ciclos frigoríficos em diferentes regimes térmicos, de modo a avaliar as vantagens na utilização da compressão em dois andares sobre a compressão em andar único, para as mesmas temperaturas de evaporação e condensação, nos respectivos permutadores de calor. No estudo o escoamento do fluído é considerado sem perdas de carga, as expansões isentálpicas e as compressões isentrópicas. Os vários rendimentos têm valor unitário de modo a não particularizar o resultado. As temperaturas de regime neste trabalho são -40ºC para a evaporação do fluído e de 40ºC para a sua condensação. As temperaturas intermédias estão no intervalo situado entre -20ºC e 8ºC, com intervalos de 1ºC entre si. Os processos alvo de observação são arrefecimento intermédio (intercooler), remoção do título de vapor à pressão intermédia (flash gas removal), e a combinação dos dois num único processo, com a injecção total de fluído, para o mesmo fluído refrigerante, o NH3 Seguidamente foi analisada a opção em cascata para NH. Foram quantificados valores de COP utilizando compressão seca e compressão húmida. 3/NH3 e em dois fluidos, NH3/CO2 Constatou-se que o processo intercooler e flash gas removal em sistema combinado em compressão seca tem desempenho cerca de 15,5% superior ao ciclo de compressão num só andar, e que a compressão húmida tem melhor desempenho do que a compressão seca, nomeadamente o melhor desempenho na compressão húmida é 11,7% superior ao melhor desempenho na compressão seca.

Sistemas de impermeabilização de caves: aplicação a dois casos de estudo

O presente documento é um relatório de estágio curricular sobre Sistemas de Impermeabilização aplicados em caves de dois parques de estacionamento subterrâneos situados em Lagos: o Parque do Anel Verde e o Parque da Frente Ribeirinha. Inicialmente é abordada a temática da impermeabilização de uma forma geral, onde se apresentam as soluções mais correntes no nosso País. Posteriormente foram analisadas, do ponto de vista técnico e de execução, as soluções aplicadas em ambos os parques, utilizando sempre um ponto de vista crítico e ao mesmo tempo construtivo. Na obra do Parque do Anel Verde foi também possível apresentar algumas soluções alternativas e compará-las com as soluções aplicadas em termos de vantagens, inconvenientes, custos e mão-de-obra.

Gestão integrada de sistemas de execução de processos WS-BPEL

O trabalho de projecto consiste numa proposta de solução para gestão integrada de sistemas de execução de processos de negócio. Os processos de negócio definem um quadro de realização de tarefas numa organização. Perante a constante evolução dos parâmetros do negócio, as organizações necessitam de adoptar metodologias que permitam ter mais controlo sobre a definição e execição dos seus processos, contribuindo para a sua automatização. Paralelamente a esta evolução, surgem iniciativas de linguagens para definição de processos e sistemas de execução provenientes de diversos fornecedores. Todos ele apresentam funcionalidades que permitem o acesso à informação de gestão de processos, mas, na sua generalidade, através de aplicações ou interfaces programáticas proprietárias. Esta abordagem constitui um problema de dependência das aplicações de gestão de processos relativamente à especificidade da gestão em diversos sistemas de execução de uma organização. O desenvolvimento deste projecto, com a elaboração de um protótipo demonstrador, visa a validação de um modelo uniforme para representação e acesso á informação de gestão dos processos de negócio. A estratégia elaborada segue uma abordagem de gestão integrada que permite unificar a gestão de processos em diversos sistemas de execução, usufruindo de outros modelos de referência para sustentar a proposta apresentada.

Configuração e interrogação com sistemas federados

Apesar da existência de produtos comerciais e da investigação na área, a construção de sistemas de informação com diversos componentes distribuídos, heterogéneos e autónomos - conhecidos como sistemas de informação federados - é ainda um desafio. Estes sistemas de informação oferecem uma visão global unificada sobre os vários modelos de dados (parciais). No entanto, a modelação destes sistemas é um desafio, já que modelos de dados como o relacional não incluem informação sobre a distribuição e tratamento de heterogeneidade. É também necessário interagir com estes sistemas de informação, através de interrogações sobre os diversos componentes dos sistemas, sem ser necessário conhecer os detalhes dos mesmos. Este trabalho propõe uma abordagem a estes desafios, através da utilização de modelos para descrição semântica, e.g. linguagem OWL (Ontology Web Language), para construir uma descrição unificada dos seus diversos modelos parciais. O modelo criado para dar suporte a esta descrição é, em parte, baseado em ontologias existentes, que foram alteradas e extendidas para resolver diversos desafios de modelação. Sobre este modelo, é criado um componente de software que permite a execução de interrogações SQL (Structured Query Language) sobre o sistema federado, resolvendo os problemas de distribuição e heterogeneidade existentes.

Modelos de risk based inspection e risk based inspection and maintenance aplicados a sistemas de produção de energias renováveis

A utilização de recursos energéticos renováveis apresenta-se como um caminho vital para a humanidade alcançar um desenvolvimento sustentável. Nesta campanha, a energia eólica surge como um dos principais vectores de orientação tendo evoluído de forma quase exponencial nos últimos anos. No entanto, apesar da sua relativa maturidade, esta tecnologia enfrenta ainda alguns problemas e desafios. Não obstante a experiência empírica da indústria eólica, adquirida nos últimos trinta anos e dos esforços para melhorar a fiabilidade operacional das turbinas, as taxas de falha ainda se apresentam elevadas. Face às correntes práticas de Manutenção das turbinas e parques eólicos e às características de falha, (por vezes catastróficas), existe a necessidade de optimizar as estratégias de manutenção das turbinas eólicas e reduzir os custos durante o ciclo de vida, de modo a maximizar o retorno do investimento. Descreve-se neste trabalho o estado do conhecimento actual face ao objectivo pretendido, a recolha de dados reais da operação e Manutenção, a aplicabilidade dos modelos escolhidos para obtenção da probabilidade de falha, e as consequências e avaliação do risco. Assim, desenvolveu-se uma ferramenta de apoio à decisão, baseada em Modelos de RBI (Risk Based Inspection) e RBIM (Risk Based Inspection and Maintenance) aplicados a turbinas eólicas.

Sistemas de climatização industrial com saturação adiabática

Com este projecto pretende-se demonstrar a aplicação dos processos de climatização através do sistema de arrefecimento por saturação adiabática no tratamento do ar novo, em oposição ao sistema tradicional de arrefecimento, em termos de conforto industrial, vantagens económicas e ambientais e de eficiência energética. Considerando as condições exteriores de projecto em quatro cidades (Beja, Coimbra, Lisboa e Porto), fez-se um estudo teórico de forma a comparar os dois sistemas em relação à potência de frio necessária para o tratamento de 1000 m3 h-1 de ar novo que determinado equipamento deveria ter para garantir uma temperatura na saída da máquina de 25 ºC. Posteriormente procedeu-se à selecção de equipamentos e à sua validação, comparando as cargas térmicas sensíveis do ar novo, com as potências de frio dos equipamentos. Consultando os catálogos de várias empresas reuniram-se os dados necessários para os cálculos do estudo económico e eficiência energética. Ficou confirmado que os consumos de energia eléctrica e de água assim como os custos totais foram sempre inferiores no sistema arrefecimento por saturação adiabática. Também foi objectivo deste projecto, o estudo de um caso concreto de uma unidade fabril. Seleccionou-se a cidade de Beja, por ser a cidade com as melhores condições de clima para aplicação dos sistemas de climatização por saturação adiabática de forma a conseguir as condições termo higrométricas interiores dentro dos parâmetros de conforto. Dos dois processos analisados para arrefecimento do ar novo, verificou-se que a introdução de um recuperador no sistema de climatização com saturação adiabática, não só permite garantir as condições requeridas para o conforto como também apresenta menores consumos energéticos e de água.