Estudo da resistência e mecanismos de dano em juntas adesivas entre materiais compósitos com defeitos de adesão

A necessidade de utilizar métodos de ligação entre componentes de forma mais rápida, eficaz e com melhores resultados tem causado a crescente utilização das juntas adesivas, em detrimento dos métodos tradicionais de ligação. A utilização das juntas adesivas tem vindo a aumentar em diversas aplicações industriais por estas apresentarem vantagens, das quais se destacam a redução de peso, redução de concentrações de tensões e facilidade de fabrico. No entanto, uma das limitações das juntas adesivas é a dificuldade em prever a resistência da junta após fabrico e durante a sua vida útil devido à presença de defeitos no adesivo. Os defeitos são normalmente gerados pela preparação inadequada das juntas ou degradação do adesivo devido ao ambiente (por exemplo, humidade), reduzindo a qualidade da ligação e influenciando a resistência da junta. Neste trabalho é apresentado um estudo experimental e numérico de juntas de sobreposição simples (JSS) com a inclusão de defeitos centrados na camada de adesivo para comprimentos de sobreposição (LO) diferentes. Os adesivos utilizados foram o Araldite® AV138, apresentado como sendo frágil, e o adesivo Sikaforce® 7752, intitulado como adesivo dúctil. A parte experimental consistiu no ensaio à tração das diferentes JSS permitindo a obtenção das curvas força-deslocamento (P-δ). A análise numérica por modelos de dano coesivo (MDC) foi realizada para analisar as tensões de arrancamento ((σy) e as tensões de corte (τxy) na camada adesiva, para estudar a variável de dano do MDC durante o processo de rotura e para avaliar a capacidade dos MDC na previsão da resistência da junta. Constatou-se um efeito significativo dos defeitos de diferentes dimensões na resistência das juntas, que também depende do tipo de adesivo utilizado e do valor de LO. Os modelos numéricos permitiram a descrição detalhada do comportamento das juntas e previsão de resistência, embora para o adesivo dúctil a utilização de uma lei coesiva triangular tenha provocado alguma discrepância relativamente aos resultados experimentais.

A Implementação de um sistema de gestão da qualidadena Junta de Freguesia de Gandra

Trabalho de Projeto apresentado ao Instituto Superior de Contabilidade e Administração do Porto para obtenção do grau de Mestre em Auditoria Orientado por: Doutora Alcina Augusta de Sena Portugal Dias

Automatização de sistemas de inspeção COGNEX

Com um mercado automóvel cada vez mais competitivo e com os construtores automóveis à procura de atingir os zero defeitos nos seus produtos, a Bosch Car Multimédia Portugal S.A, fabricante de sistemas multimédia para o mercado automóvel, tem como objetivo a qualidade perfeita dos seus produtos. Tal perfeição exige processos de fabrico cada vez mais evoluídos e com melhores sistemas de auxílio à montagem. Nesse sentido, a incorporação de sistemas de visão artificial para verificação da montagem correta dos componentes em sistemas multimédia tem vindo a crescer largamente. Os sistemas de inspeção visual da Cognex tornaram-se o standard da Bosch para a verifi-cação da montagem de componentes por serem sistemas bastante completos, fáceis de con-figurar e com um suporte técnico bastante completo. Estes sistemas têm vindo a ser inte-grados em diversas máquinas (postos) de montagem e nunca foi desenvolvida uma ferra-menta normalizada para integração destes sistemas com as máquinas. A ideia principal deste projeto passou por desenvolver um sistema (uma aplicação informá-tica) que permita controlar os indicadores de qualidade destes sistemas de visão, garantir o seguimento dos produtos montados e, ao mesmo tempo, efetuar cópias de segurança de todo o sistema para utilização em caso de avaria ou de troca de equipamento. Tal sistema foi desenvolvido recorrendo à programação de uma Dynamic Link Library (DLL), através da linguagem VisualBasic.NET, que permite às aplicações dos equipamen-tos (máquinas) da Bosch Car Multimédia comunicarem de uma forma universal e transpa-rente com os sistemas de inspeção visual da marca Cognex. Os objetivos a que o autor se propôs no desenvolvimento deste sistema foram na sua maioria alcançados e o projeto encontra-se atualmente implementado e em execução nas linhas de produção da Bosch Car Multimédia.

Optimização do processo de fabrico de componentes para a indústria automóvel

A qualidade é um factor-chave na indústria automóvel. Todos os fornecedores de componentes para a indústria automóvel estão sujeitos a qualificações e auditorias sistemáticas, com vista a melhorar os processos e verificar a sua rastreabilidade. Quando os processos assentam essencialmente em mão-de-obra intensiva, torna-se muito mais difícil atingir a ambicionada meta dos zero-defeitos, e a garantia da qualidade pode ficar comprometida, sendo necessário instalar procedimentos de controlo mais apurados. No entanto, se o processo ou processos forem convenientemente definidos, e se optar por capital intensivo em detrimento da mão-de-obra intensiva, a garantia da qualidade pode ser uma realidade, podendo ser fortemente minimizadas as operações de controlo da qualidade. Este trabalho teve por base a necessidade de reduzir fortemente, ou eliminar mesmo, o aparecimento de defeitos de montagem num sistema designado por remachado. Após cuidada análise do processo instalado, já parcialmente automatizado, mas ainda fortemente dependente de mão-de-obra, procedeu-se ao projecto de um equipamento capaz de reproduzir o mesmo efeito, mas que acomodasse alguns possíveis defeitos oriundos dos fornecedores dos componentes que são inseridos neste conjunto, colocados a montante na cadeia de fornecimento do produto. O equipamento resultante deste trabalho permitiu baixar o tempo de ciclo, acomodar a variabilidade dimensional detectada nos componentes que constituem o conjunto e reduzir drasticamente o número de não-conformidades.

Análise de Integridade Estrutural de uma Flare Industrial

Para garantir que um equipamento opere com segurança e fiabilidade durante o seu ciclo de vida, desde a sua instalação ao desmantelamento, devem ser realizadas inspeções e/ou monitorizações que, dependendo dos dados recolhidos, podem implicar avaliações Fitness- For-Service (FFS) que definirão a necessidade de reparação ou alteração do equipamento ou das condições processuais. A combinação de inspeção ou monitorização com os melhores procedimentos e técnicas de avaliação atuais fazem sobressair insuficiências dos procedimentos mais antigos. Usando métodos mais avançados de avaliação, validados e suportados através de uma vasta experiência de campo, pode-se agora avaliar defeitos nos ativos (equipamentos) e determinar a adequação ao serviço com uma análise FFS. As análises FFS tornaram-se cada vez mais aceites em toda a indústria ao longo dos últimos anos. A norma API 579 - 1/ASME FFS-1: 2007 fornece diretrizes para avaliar os tipos de danos que afetam os equipamentos processuais e a norma API RP 571: 2011 descreve os mecanismos de degradação que afetam os equipamentos nas petroquímicas e refinarias, que incluem os danos por corrosão, desalinhamentos, deformações plásticas, laminações, fissuras, entre outros. Este trabalho consiste na análise de Integridade Estrutural de uma Flare Industrial que surgiu da necessidade real de análise do equipamento no âmbito da atividade profissional do candidato. O estudo realizado a nível profissional é de grande abrangência, incluindo a inspeção do equipamento, identificação da falha ou dano, recolha e registo de dados, definição de estratégia de atuação e seleção de técnicas de avaliação da condição para posterior alteração, reparação ou desmantelamento. Na presente dissertação de mestrado em Engenharia Mecânica, Ramo Construções Mecânicas, pretende-se efetuar o estudo aprofundado de uma das etapas de projeto, nomeadamente estudar a causa, avaliar a falha e implicações estruturais ou processuais devido à degradação interior do riser de uma flare, com base numa análise FFS, assumindo a operabilidade em segurança e garantindo resolutas condições de funcionamento. A presente análise FFS tem como finalidade validar ou não a integridade atual (avaliação técnica quantitativa) de modo a conhecer se o item em questão é seguro e confiável para continuar a operar em condições específicas durante um período de tempo determinado, tendo em consideração as condições verificadas no ato de inspeção e especificações de projeto, segundo os itens de verificação de segurança estabelecidos na norma EN 1990:2002/A1:2005/AC:2010 e com base na norma API 579-1/ASME FFS-1: 2007. No âmbito do presente trabalho foram realizadas as seguintes tarefas: - Identificar e analisar os mecanismos de degradação com base na norma API RP 571: 2011, face às condições processuais e geométricas que o equipamento em análise está sujeito de modo a perceber a evolução da degradação estrutural e quais as implicações na sua longevidade. - Avaliar e propor soluções de reparação e ou alterações processuais e ou geométricas do equipamento em análise de modo a permitir a continuidade em funcionamento sem afetar as condições de segurança e por conseguinte minimizar ou evitar o elevado custo económico associado a um novo equipamento e tempo de paragem processual. - Assumir limites estruturais face às condições processuais e ações externas ou adjacentes. - Garantir a segurança e qualidade da vida humana ou meio que o rodeia, do equipamento, das instalações, das infraestruturas envolventes e evitar o colapso económico, quer por motivos processuais, quer indeminizações ou agravamento do prémio do seguro. Verificou-se que os resultados serão a base para as alterações inerentes, tais como reforço estrutural, alteração da geometria do defletor, ajuste no tensionamento dos cabos e controlo da espessura mínima, de modo a alargar o período de vida útil da flare com segurança.

Establishing the main Guidelines for Cast Steel to Produce Truck Parts

Este trabalho foi realizado na Scania CV AB e teve como principal objectivo estabelecer uma diretriz sobre a possível utilização de aços vazados. Existe uma grande necessidade na realização deste trabalho, de forma a apoiar os engenheiros de projecto no seu processo de selecção dos materiais mais adequados, para produzir componentes mais leves e de elevado desempenho. Esta diretriz apresenta informação relacionada com propriedades mecânicas, processos de fundição, vazabilidade, tipologia de defeitos, tratamentos térmicos, soldabilidade e tratamentos superficiais dos aços vazados. Este trabalho foi limitado, na seleção de materiais para componentes do camião, a aços vazados que poderiam ser aplicados em dois componentes específicos: um componente estrutural da carroçaria sujeito a esforços de fadiga e a um colector de gases de combustão, sujeito a fluência, oxidação, fadiga por corrosão, fadiga-térmica e fadiga-mecânica. Foi realizado um benchmark focado nestes dois componentes de forma a saber que materiais são utilizados de momento por outras empresas concorrentes. Foi realizada ainda uma análise sobre possíveis materiais que possam ser aplicados em cada componente referido. Foi conduzida uma caracterização no estado bruto de fundição de um aço inoxidável vazado usado para produzir um protótipo do colector de gases. Esta caracterização consistiu numa análise microestrutural e medição de macro e microdurezas. Além da caracterização inicial, foram aplicados um conjunto de tratamentos térmicos, de forma a estudar a possibilidade de eliminar os carbonetos presentes inicialmente nas fronteiras de grão. As principais conclusões deste trabalho são que o aço vazado apresenta potencial para ser uma escolha válida em diversas aplicações, devido a um leque alargado de propriedades apresentadas tipicamente por este material. Relativamente a aplicações estruturais, o aço vazado é vantajoso comparativamente ao ferro fundido, quando são requeridos, por exemplo, soldabilidade e elevada resistência, combinada com elevada tenacidade à fractura. Para componentes sujeitos a elevadas temperaturas de serviço, o aço inoxidável vazado é vantajoso quando usado a temperaturas superiores a 750°C, apesar do seu elevado custo. O tratamento térmico composto por um recozimento de solubilização seguido de envelhecimento, elimina quase na totalidade os carbonetos presentes nas fronteiras de grão e verifica-se um aumento de dureza através de uma precipitação de carbonetos finamente dispersos na matriz, que poderão também aumentar a resistência à fluência.

Estudo da qualidade de processos na fabricação de semicondutores

A indústria de semicondutores é um sector em permanente evolução tecnológica. A tendência de miniaturização e de otimização do espaço, a necessidade de produzir circuitos cada vez mais complexos, a tendência para o incremento do número de camadas em cada circuito integrado, são as condições necessárias para que a evolução tecnológica nesta área seja uma constante. Os processos ligados à produção de semicondutores estão também em permanente evolução, dada a pressão efetuada pelas necessidades acima expostas. Os equipamentos necessitam de uma crescente precisão, a qual tem que ser acompanhada de procedimentos rigorosos para que a qualidade atingida tenha sempre o patamar desejado. No entanto, a constante evolução nem sempre permite um adequado levantamento de todas as causas que estão na origem de alguns problemas detetados na fabricação de semicondutores. Este trabalho teve por objetivo efetuar um levantamento dos processos ligados ao fabrico de semicondutores a partir de uma pastilha de silício (wafer) previamente realizada, identificando para cada processo os possíveis defeitos introduzidos pelo mesmo, procurando inventariar as causas possíveis que possam estar na origem desse defeito e realizar procedimentos que permitam criar regras e procedimentos perfeitamente estabelecidos que permitam aprender com os erros e evitar que os mesmos problemas se possam vir a repetir em situações análogas em outros produtos de uma mesma família.

Patologias na Superestrutura da Ferrovia Balastrada

Nesta dissertação de Mestrado, pretende-se contribuir para o conhecimento no âmbito das patologias da ferrovia, nomeadamente no que se refere a patologias em carril, balastro, travessas e elementos de fixação, tendo sido coletado neste trabalho as mais variadas patologias da ferrovia balastrada bem como a sua catalogação socioeconómica, permitindo com essa enumeração tomadas de decisão coerentes e assertivas no que respeita a recomendações a efetuar tanto como diagnostico como para manutenção. O trabalho inicia-se por uma introdução relativa ao aparecimento da ferrovia num contexto internacional, particularizando posteriormente o caso de Portugal até ao estado da arte atual, com um pequeno desenvolvimento a nível socie-económico com as grandes obras e projetos para os próximos anos. Para além da síntese de conhecimentos referida, apresentou-se um pouco da atualidade ferroviária de alguns países com relevância, quer por associação fronteiriça quer por desenvolvimento tecnológico. Apresenta-se brevemente os componentes mais importantes da ferrovia balastrada com especial destaque para os elementos da superestrutura de via, nos quais se engloba o carril, as travessas, os elementos de fixação e o balastro. Por fim esta dissertação apresenta um trabalho exaustivo na recolha e investigação das várias patologias associadas ao carril, as travessas, aos elementos de fixação e ao balastro, bem como o sistema de código, recomendações e correções associadas, fornecendo assim uma fácil interpretação do tipo de patologia e defeitos associados ao desenvolvimento desses fenómenos.

Estudo da Delaminação em Compósitos de Epóxido Reforçado com Borracha e Fibras Naturais

Nos últimos anos, a utilização dos materiais compósitos tem vindo a tornar-se cada vez mais comum em várias indústrias, onde se verifica uma ascensão na procura pelos mesmos. Características como o baixo peso aliado à sua alta resistência e rigidez permitem que estes materiais possuam diversas aplicações em variadas áreas, desde a medicina, aeronáutica, indústria automóvel e aeroespacial, até à indústria eletrónica. Hoje em dia, o uso de desperdícios sólidos de borracha e fibras naturais na produção de materiais compósitos é, mais que uma opção, uma necessidade ambiental. De forma a reduzir as enormes quantidades de desperdícios, foi criado um material compósito constituído por uma resina termoendurecível reforçada com esses dois tipos de desperdícios. Parâmetros de fabrico como a percentagem de borracha, o tamanho das partículas de borracha, a percentagem de fibras de cana-de-açúcar e o comprimento dessas fibras foram variados, com o objetivo de estudar a influência destes dois materiais nas propriedades mecânicas do compósito. Apesar da maior parte dos compósitos serem fabricados na forma de uma peça funcional quase pronta a ser utilizada, por vezes é necessário recorrer à maquinação de furos. Apesar das muitas técnicas de furação existentes, os defeitos resultantes deste processo aplicado aos materiais compósitos são ainda muito comuns. Desses defeitos o que mais se destaca é sem dúvida a delaminação. Trinta e seis provetes de epóxido reforçado com borracha e fibra de cana-de-açúcar foram fabricados e furados, de modo a possibilitar o estudo das propriedades mecânicas do material compósito, assim como a análise da zona danificada durante a furação. Diferentes condições de furação, como tipos de broca e velocidades de avanço diferentes, foram impostas aos provetes de forma a variar o mais possível a zona de dano de uns furos para os outros. Parâmetros como a área de dano ou ainda o fator de delaminação provam ser muito úteis na caracterização e quantificação do dano na zona periférica de um furo. Recorrendo a técnicas de processamento de imagem foi possível obter esses parâmetros. O processamento e análise de imagem pode ser feito através de vários métodos. O método utilizado neste trabalho foi o software MATLAB® associado a ferramentas de processamento de imagem. Depois de feita a análise dos furos foram realizados ensaios de esmagamento a todos os provetes. Este passo permitiu assim avaliar de que forma os parâmetros de furação influenciam a resistência mecânica do material, e se a avaliação realizada aos furos é um método viável para a avaliação da extensão de dano nesses furos.

Melhoria do processo produtivo de embalagem numa empresa do ramo automóvel

Este estudo foi desenvolvido no âmbito da Unidade curricular de Dissertação / Projeto / Estágio do Mestrado em Engenharia Mecânica – Ramo de Gestão Industrial do Instituto Superior de Engenharia do Porto, com aplicação em ambiente industrial numa empresa metalomecânica da indústria automóvel. O projeto desenvolveu-se na secção de inspeção e embalagem de produto acabado da empresa IETA S.A., fornecedora de estruturas metálicas, com o objetivo de minimizar as reclamações recebidas por defeitos originados no processo de fabrico. A abordagem a este estudo iniciou-se pelo registo e análise de dados e consequente formulação e implementação de melhorias ao processo de fabrico, com recurso a metodologias e ferramentas Lean. A existência de um problema relacionado com o processo de fabrico em vigor permitiu o conhecimento dos hábitos de trabalho e a apresentação de propostas de melhoria ao layout fabril e ao método de trabalho em vigor na secção. A análise dos problemas existentes possibilitou a identificação de oportunidades de melhoria em outras áreas do processo, revelando-se o poder das ferramentas utilizadas na análise de dados. Este estudo de investigação revelou ser muito enriquecedor e motivador tendo proporcionado a aplicação de conteúdos científicos Lean em ambiente industrial ficando provada a mais-valia da sua implementação. A aplicação das ferramentas e metodologias Lean estudadas permitiram efetuar uma análise cuidada dos dados conduzindo a propostas de melhoria vantajosas e compatíveis com as necessidades da empresa. As propostas apresentadas, apesar de não terem sido todas implementadas, resultaram num impacto positivo no processo de fabrico com uma eliminação expectável de 38% dos defeitos reclamados.

Localização Ótima de Aparelhos de Corte Normalmente Abertos e Normalmente Fechados em Redes de Distribuição

Tipicamente as redes elétricas de distribuição apresentam uma topologia parcialmente malhada e são exploradas radialmente. A topologia radial é obtida através da abertura das malhas nos locais que otimizam o ponto de operação da rede, através da instalação de aparelhos de corte que operam normalmente abertos. Para além de manterem a topologia radial, estes equipamentos possibilitam também a transferência de cargas entre saídas, aquando da ocorrência de defeitos. As saídas radiais são ainda dotadas de aparelhos de corte que operam normalmente fechados, estes têm como objetivo maximizar a fiabilidade e isolar defeitos, minimizando a área afetada pelos mesmos. Assim, na presente dissertação são desenvolvidos dois algoritmos determinísticos para a localização ótima de aparelhos de corte normalmente abertos e fechados, minimizando a potência ativa de perdas e o custo da energia não distribuída. O algoritmo de localização de aparelhos de corte normalmente abertos visa encontrar a topologia radial ótima que minimiza a potência ativa de perdas. O método é desenvolvido em ambiente Matlab – Tomlab, e é formulado como um problema de programação quadrática inteira mista. A topologia radial ótima é garantida através do cálculo de um trânsito de potências ótimo baseado no modelo DC. A função objetivo é dada pelas perdas por efeito de Joule. Por outro lado o problema é restringido pela primeira lei de Kirchhoff, limites de geração das subestações, limites térmicos dos condutores, trânsito de potência unidirecional e pela condição de radialidade. Os aparelhos de corte normalmente fechados são localizados ao longo das saídas radiais obtidas pelo anterior algoritmo, e permite minimizar o custo da energia não distribuída. No limite é possível localizar um aparelho de corte normalmente fechado em todas as linhas de uma rede de distribuição, sendo esta a solução que minimiza a energia não distribuída. No entanto, tendo em conta que a cada aparelho de corte está associado um investimento, é fundamental encontrar um equilíbrio entre a melhoria de fiabilidade e o investimento. Desta forma, o algoritmo desenvolvido avalia os benefícios obtidos com a instalação de aparelhos de corte normalmente fechados, e retorna o número e a localização dos mesmo que minimiza o custo da energia não distribuída. Os métodos apresentados são testados em duas redes de distribuição reais, exploradas com um nível de tensão de 15 kV e 30 kV, respetivamente. A primeira rede é localizada no distrito do Porto e é caraterizada por uma topologia mista e urbana. A segunda rede é localizada no distrito de Bragança e é caracterizada por uma topologia maioritariamente aérea e rural.

Terminal defect analysis and classification methodology for automotive industry

The impact of end customer quality complaints with direct relationship with automotive components has presented negative trend at European level for the entire automotive industry. Thus, this research proposal is to concentrate efforts on the most important items of Pareto chart and understand the failure type and the mechanism involved, link and impact of the project and parameters on the process, ending it with the development of one of the company’s most desired tool, that hosted this project – European methodology of terminals defects classification, and listing real opportunities for improvement based on measurement and analysis of actual data. Through the development of terminals defects classification methodology, which is considered a valuable asset to the company, all the other companies of the YAZAKI’s group will be able to characterize terminals as brittle or ductile, in order to put in motion, more efficiently, all the other different existing internal procedures for the safeguarding of the components, improving manufacturing efficiency. Based on a brief observation, nothing can be said in absolute sense, concerning the failure causes. Base materials, project, handling during manufacture and storage, as well as the cold work performed by plastic deformation, all play an important role. However, it was expected that this failure has been due to a combination of factors, in detriment of the existence of a single cause. In order to acquire greater knowledge about this problem, unexplored by the company up to the date of commencement of this study, was conducted a thorough review of existing literature on the subject, real production sites were visited and, of course, the actual parts were tested in lab environment. To answer to many of the major issues raised throughout the investigation, were used extensively some theoretical concepts focused on the literature review, with a view to realizing the relationship existing between the different parameters concerned. Should here be stated that finding technical studies on copper and its alloys is really hard, not being given all the desirable information. This investigation has been performed as a YAZAKI Europe Limited Company project and as a Master Thesis for Instituto Superior de Engenharia do Porto, conducted during 9 months between 2012/2013.

Estudo das principais argamassas utilizadas na reabilitação de edifícios antigos

Com o passar dos anos, as obras mais sublimes, começam a mostrar marcas subtis ou profundas de deterioração, como por exemplo: fissurações e defeitos associados à humidade. Estes são reflexo de fatores externos, como fungos, a própria atmosfera reativa, mudanças climatéricas e, até mesmo, a ação do homem. Neste seguimento pretende-se estudar as principais argamassas utilizadas na reabilitação de edifícios antigos, principalmente, as argamassas utilizadas no decorrer das obras ao longo do estágio, com o objetivo de comparar as suas caraterísticas, sendo estas argamassas tradicionais e pré-fabricadas. Foram feitos vários ensaios para determinar as suas resistências mecânicas, nomeadamente, o ensaio de resistência à flexão e compressão em diferentes idades após a confeção das argamassas, e ensaios para determinar a sua durabilidade como o ensaio de absorção da água por capilaridade; ensaio de absorção de água por imersão às 48horas (pressão atmosférica); ensaio para determinação do teor de água às 48horas e o ensaio de arrancamento (pull-off). A análise dos resultados mostrou que as argamassas adquirem mais resistência com o passar do tempo após a sua confeção, e que as argamassas dos provetes obtidos de forma tradicional, constituídos por argamassa de cal Hidráulica (HL5) e argamassa de cimento, apresentam melhores resultados do que a argamassa pré-fabricada (weber.cal classic).