Esclonamento de máquinas de cogeração utilzando programação inteira mista

As centrais termoelétricas convencionais convertem apenas parte do combustível consumido na produção de energia elétrica, sendo que outra parte resulta em perdas sob a forma de calor. Neste sentido, surgiram as unidades de cogeração, ou Combined Heat and Power (CHP), que permitem reaproveitar a energia dissipada sob a forma de energia térmica e disponibilizá-la, em conjunto com a energia elétrica gerada, para consumo doméstico ou industrial, tornando-as mais eficientes que as unidades convencionais Os custos de produção de energia elétrica e de calor das unidades CHP são representados por uma função não-linear e apresentam uma região de operação admissível que pode ser convexa ou não-convexa, dependendo das caraterísticas de cada unidade. Por estas razões, a modelação de unidades CHP no âmbito do escalonamento de geradores elétricos (na literatura inglesa Unit Commitment Problem (UCP)) tem especial relevância para as empresas que possuem, também, este tipo de unidades. Estas empresas têm como objetivo definir, entre as unidades CHP e as unidades que apenas geram energia elétrica ou calor, quais devem ser ligadas e os respetivos níveis de produção para satisfazer a procura de energia elétrica e de calor a um custo mínimo. Neste documento são propostos dois modelos de programação inteira mista para o UCP com inclusão de unidades de cogeração: um modelo não-linear que inclui a função real de custo de produção das unidades CHP e um modelo que propõe uma linearização da referida função baseada na combinação convexa de um número pré-definido de pontos extremos. Em ambos os modelos a região de operação admissível não-convexa é modelada através da divisão desta àrea em duas àreas convexas distintas. Testes computacionais efetuados com ambos os modelos para várias instâncias permitiram verificar a eficiência do modelo linear proposto. Este modelo permitiu obter as soluções ótimas do modelo não-linear com tempos computationais significativamente menores. Para além disso, ambos os modelos foram testados com e sem a inclusão de restrições de tomada e deslastre de carga, permitindo concluir que este tipo de restrições aumenta a complexidade do problema sendo que o tempo computacional exigido para a resolução do mesmo cresce significativamente.

Biomechanical modeling and simulation of the spider crab (maja brachydactyla)

Uma linha de pesquisa e desenvolvimento na área da robótica, que tem recebido atenção crescente nos últimos anos, é o desenvolvimento de robôs biologicamente inspirados. A ideia é adquirir conhecimento de seres biológicos, cuja evolução ocorreu ao longo de milhões de anos, e aproveitar o conhecimento assim adquirido para implementar a locomoção pelos mesmos métodos (ou pelo menos usar a inspiração biológica) nas máquinas que se constroem. Acredita-se que desta forma é possível desenvolver máquinas com capacidades semelhantes às dos seres biológicos em termos de capacidade e eficiência energética de locomoção. Uma forma de compreender melhor o funcionamento destes sistemas, sem a necessidade de desenvolver protótipos dispendiosos e com longos tempos de desenvolvimento é usar modelos de simulação. Com base nestas ideias, o objectivo deste trabalho passa por efectuar um estudo da biomecânica da santola (Maja brachydactyla), uma espécie de caranguejo comestível pertencente à família Majidae de artrópodes decápodes, usando a biblioteca de ferramentas SimMechanics da aplicação Matlab / Simulink. Esta tese descreve a anatomia e locomoção da santola, a sua modelação biomecânica e a simulação do seu movimento no ambiente Matlab / SimMechanics e SolidWorks.

Microtunelação. Aplicação a um caso de obra

Um túnel é uma obra subterrânea dimensionada com o objetivo de satisfazer diversas necessidades num mundo onde o planeamento urbano e a gestão de espaços ganha cada vez mais importância. A execução de este género de obras de engenharia pode ter várias finalidades, que podem ir desde a construção/reabilitação de redes de saneamento, abastecimento de água ou gás (túneis de pequeno diâmetro) até à construção/modernização de redes pedonais, rodoviárias ou ferroviárias, galerias mineiras, tuneis para barragens, etc. (túneis de grande diâmetro). As tuneladoras são uma das ferramentas de desmonte mais utilizadas na execução de obras subterrâneas. Existem no mercado vários tipos de máquinas tuneladoras, a sua escolha e dimensionamento depende de diversos fatores que devem ser cuidadosamente analisados, nomeadamente tipo de terreno a escavar, presença ou não de água na zona de escavação, dureza e/ou abrasividade das formações a atravessar, etc. Será feita uma abordagem aos princípios de funcionamento de este tipo de equipamentos, indicando o seu campo de aplicação dentro da respetiva tecnologia de escavação onde se inserem. Finalmente será desenvolvido o caso da empreitada: “Execução da Travessia do Rio Ave, da Estação Elevatória de Vila do Conde e dos Sistemas Elevatória da Aguçadoura e da Apúlia 4 - AR 44.0.08”, onde em alternativa ao desvio provisório do Rio Ave em Vila do Conde foi projetada a execução de duas travessias no diâmetro 1200 mm, uma delas escavadas maioritariamente em terreno aluvionar brando e a outra em terreno rochoso duro e abrasivo com recurso, em ambos casos, à utilização de máquina tuneladora. Através da avaliação do desempenho do equipamento escolhido para execução de este trabalho será estudada a eficiência da utilização deste tipo de equipamento. Com o objetivo de mostrar os custos associados à execução de obras de escavação subterrânea com recurso a utilização de máquinas tuneladoras, será feita uma análise económica e comparativa relativa aos dois casos de obra apresentados.

A evolução do défice tarifário em Portugal

Segundo as previsões da Entidade Reguladora dos Serviços Energéticos (ERSE), o défice tarifário deverá atingir em finais do 2013 um valor acumulado de 3,7 mil milhões de Euros. Na comunicação social, o défice tarifário (DT) é considerado como mais uma “renda” a alguns grupos de interesse. Na realidade o DT é justificado por uma acumulação sucessiva de diversos tipos de sobrecustos do sistema elétrico que não foi considerada nas tarifas e preços da eletricidade nos anos anteriores aos respetivos consumidores elétricos. O trabalho aqui apresentado corresponde a uma primeira tentativa de analisar as razões políticas e económicofinanceiras para a existência do défice tarifário. Nesse sentido serão abordadas: as origens e justificações dos diferentes sobrecustos (CAE’s, CMEC’s, Garantia de Potência, Produção em Regime geral (PRE), convergência tarifária com as regiões autónomas dos Açores (RAA) e da Madeira (RAM), entre outros); a análise dos diferentes tipos de mecanismos; os parâmetros no cálculo dos sobrecustos bem como as possíveis soluções e medidas já implementadas para reduzir os efeitos do défice tarifário nas tarifas nos consumidores.

Campos elétrico e magnético em linhas de transmissão de energia

Este artigo apresenta uma nova abordagem para o cálculo de campos elétricos e magnéticos de linhas aéreas de transmissão, ao utilizar "O método de simulação da carga ..." [1]. Neste caso, a análise do potencial elétrico no tempo, o cálculo das cargas instantâneas, e a utilização de correntes instantâneas, permitem obter os valores instantâneos dos campos. Os resultados obtidos pelo programa de computador para calcular os perfis do campo elétrico e do campo magnético ao nível do solo da linha aérea de transmissão Batalha - Pego 400 kV são comparados com as medições efetuadas nessa linha [2]. Podemos concluir que a simulação no tempo é mais precisa e dá valores consistentes com a realidade. O programa de cálculo desenvolvido pode ser utilizado com todas as possíveis configurações das linhas de transmissão. A aplicação do programa noutras linhas aéreas de transmissão permite a obtenção de conclusões interessantes sobre a questão da segurança e da saúde das pessoas. As simulações sugerem bons resultados sendo confirmados através das medições efetuadas noutras linhas de energia [2] [3].

Projecto de sistema de fixação de punções para quinadoras hidráulicas

Mestrado em Engenharia Mecânica - Construções Mecânicas

Deteção de avarias na caixa de engrenagens de aerogeradores

Ao longo dos últimos anos tem-se assistido a um forte desenvolvimento e crescimento do número de parques eólicos instalados no mundo, o que leva a que seja necessário o incremento de ferramentas que permitam aperfeiçoar os sistemas de monitorização e controlo atualmente existentes. Por outro lado, não se deve deixar de ter em conta os custos elevados de operação e manutenção dos sistemas eólicos bem como o facto de os aerogeradores estarem localizadas em locais remotos ou offshore, o que faz aumentar os custos associados à sua exploração. A dissertação nasce da intenção clara do mercado em apostar na supervisão e previsão de avarias graves, de forma a minimizar os encargos subjacentes. Este trabalho de dissertação visa a utilização de redes neuronais para criar uma ferramenta informática de previsão de avarias em caixas de engrenagens em aerogeradores. As redes neuronais são ferramentas informáticas ideais para trabalhar com muita informação, sendo que a sua aplicação depende da qualidade e quantidade dos dados. Para tal irá ser efetuado um estudo em um parque eólico, no qual se analisará as principais avarias detetadas bem como as grandezas que deverão integrar a construção desta rede neuronal. Assim sendo, a informação relativa às diversas máquinas existentes num parque, é de enorme importância para a definição e otimização da rede neuronal a construir. Os resultados obtidos neste trabalho com a aplicação de redes neuronais para a previsão de avarias em caixas de engrenagens do parque eólico de estudo, provam que é possível realizar uma deteção da avaria bem como uma constatação de que a reparação possa ter sido bem efetuada ou mal sucedida, podendo assim ser ajustados os programas de manutenção a efetuar e uma verificação das ações de reparação para sua validação.

Otimização de consumo energético de equipamento de grande potência

Um dos princípios da Gestão é: “If you cannot measure it, you cannot improve it.” In The Economist – 26.Dez.2008, idea of 19th century English physicist Lord Kelvin. Embora seja uma afirmação aplicável à gestão económica, também pode ser utilizada no domínio da gestão da energia. Este trabalho surge da necessidade sentida pela empresa Continental - Industria Têxtil do Ave, S.A. em efetuar uma atualização dos seus standards de produção, minimizando os seus consumos de eletricidade e gás natural. Foi necessário efetuar o levantamento dos consumos em diversas máquinas e equipamentos industriais, caracterizando e analisando os consumos ao longo de todo o processo produtivo. Para o tratamento de dados recolhidos foi desenvolvida uma folha de cálculo em MS Office ExcelTM com metodologia adequada ao equipamento em análise, que dará apoio ao decisor para a identificação dos aspetos que melhorem o processo produtivo e garantam uma elevada eficiência energética. Porém, não se enquadra no âmbito do Plano Nacional de Racionalização de Energia, sendo uma “auditoria energética” ao processo produtivo. Recentemente, a empresa, tem vindo a utilizar equipamentos eletrónicos que permitem otimizar o funcionamento mecânico dos equipamentos e das potências instaladas dos transformadores, na tentativa de racionalizar o consumo da energia elétrica. Outros equipamentos como, conversores de frequência para controlo de motores, balastros eletrónicos que substituem os convencionais balastros ferromagnéticos das lâmpadas de descarga fluorescente, têm sido incluídos ao nível das instalações elétricas, sendo gradualmente substituída a eletromecânica pela eletrónica. Este tipo de soluções vem deteriorar as formas de onda da corrente e da tensão do sistema pela introdução de distorções harmónicas. Faz ainda parte deste trabalho, um estudo de uma solução que melhore, simultaneamente o fator de potência e reduza as harmónicas presentes num posto de transformação localizado no seio da fábrica. Esta solução, permite melhorar a qualidade da energia elétrica e as condições de continuidade de serviço, garantindo melhores condições de exploração e incrementando a produtividade da empresa.

Desenvolvimento de sistema de apoio dinâmico da chapa no corte em guilhotina

Guilhotinas são máquinas robustas, de corte rectilíneo, normalmente associadas a equipamentos de baixo custo, devido à pequena quantidade de dispositivos tecnológicos incorporados. No entanto, esta situação pode ser alterada através da criatividade dos projetistas deste tipo de equipamento. Analisando algumas operações específicas, pode-se observar que algumas ferramentas, quando associadas ao equipamento, podem aumentar substancialmente a produtividade do processo de corte e a qualidade do produto final. Em relação ao processo de corte de chapas finas de metal, pode-se observar que na fase final de corte, o peso do material a cortar é suspenso por uma pequena porção de material que ainda não foi sujeita ao corte. Este facto leva a uma deformação plástica nesta última zona, causando problemas de qualidade no produto final, que não ficará completamente plano. Este trabalho foi desenvolvido em torno deste problema, estudando a melhor solução para desenvolver uma nova ferramenta, capaz de evitar a falta de nivelamento da placa, após corte. Um novo equipamento foi concebido, capaz de ser facilmente incorporado na guilhotina, permitindo o acompanhamento da inclinação da lâmina durante a operação de corte. O sistema é totalmente automatizado, sendo operado por uma única instrução de corte dada pelo operador da máquina. Este sistema permite à empresa fabricante aumentar o valor agregado de cada máquina, oferecendo aos clientes soluções avançadas, contribuindo desta forma para a sustentabilidade do negócio da empresa.

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.

Previsão de avarias em transformadores de potência através da análise de ensaios físico-químicos

Os Transformadores de potência são máquinas de elevada importância ao nível dos Sistemas Elétricos de Energia (SEE) uma vez que são estas máquinas que possibilitam a interligação dos diferentes níveis de tensão da rede e a transmissão de energia elétrica em Corrente Alternada (CA). Geralmente, estas máquinas são de grandes dimensões e de elevado nível de complexidade construtiva. Caracterizam-se por possuírem períodos de vida útil bastante elevados (vinte a trinta anos) e preços elevados, o que conduz a um nível de exigência de fiabilidade muito elevada, uma vez que não e viável a existência de muitos equipamentos de reserva nos SEE. Com o objetivo de tentar maximizar o período de vida útil dos transformadores de potência e a sua fiabilidade, tenta-se, cada vez mais, implementar conceitos de manutenção preventiva a este tipo de máquinas. No entanto, a gestão da sua vida útil e extremamente complexa na medida em que, estas máquinas têm vários componentes cruciais e suscetiveis de originar falhas e, quase todos eles, encontram-se no interior de uma cuba. Desta forma, não e possível obter uma imagem do seu estado, em tempo real, sem colocar o transformador fora de serviço, algo que acarreta custos elevados. Por este motivo, desenvolveu-se uma técnica que permite obter uma indicação do estado do transformador, em tempo real, sem o retirar de serviço, colhendo amostras do óleo isolante e procedendo a sua análise físico-química e Analise Gases Dissolvidos (DGA). As análises aos óleos isolantes tem vindo a adquirir uma preponderância muito elevada no diagnóstico de falhas e na analise do estado de conservação destes equipamentos tendo-se desenvolvido regras para interpretação dos parâmetros dos óleos com carácter normativo. Considerando o conhecimento relativo a interpretação dos ensaios físico-químicos e DGA ao oleol, e possível desenvolver ferramentas capazes de otimizar essas mesmas interpretações e aplicar esse conhecimento no sentido de prever a sua evolução, assim como o surgimento de possíveis falhas em transformadores, para assim otimizar os processos de manutenção. Neste campo as Redes Neuronais Artificiais (RNAs) têm um papel fundamental

Incêndio - um risco constante com elevado potencial de perigo

Desde a idade média, quando ardiam cidades inteiras, a humanidade tem aprendido muito e tem desenvolvido constantes esforços para evitar e circunscrever os incêndios. Estes esforços, no entanto, foram compensados pelo surgir de outras fontes de ignição e da crescente cargas combustíveis. Hoje, praticamente todos os lares e empresas possuem computadores, televisores, lâmpadas halogenas, máquinas de café e outros aparelhos eletricos, bem como equipamentos de aquecimento e de ar condicionado, etc. A maioria destes dispositivos incluem uma unidade de alimentação e outros módulos electrónicos, constituindo, assim, potenciais fontes de ignição. Mas os incêndios também podem ser estabelecidos de forma intencional. A percentagem de incêndios de origem criminosa já e de 25 a 40%, e os valores estão a aumentar [1]. Os incêndios provocados intencionalmente propagam-se frequentemente muito mais rapidamente tornando o seu combate extremamente difícil. Em media, esses tipo de incêndios são três vezes mais dispendiosos que a media das ocorrências dos incêndio[2].

Calibração de Roscados

Na presente dissertação é proposto o desenvolvimento de um novo sistema de calibração de roscados de exteriores através de visão computacional. A calibração de roscados de exterior consiste na obtenção do diâmetro efectivo, do diâmetro exterior e do passo, e no cálculo da incerteza expandida correspondente. Actualmente, a calibração é efectuada com o auxílio de máquinas universais (SIP), na qual o diâmetro efectivo é obtido através de um modelo matemático, pois não se consegue obtê-lo directamente. O sistema de calibração por visão computacional tem como objectivo obter-se o diâmetro efectivo directamente, assim como as restantes características. A vantagem deste novo sistema será para roscados com dimensões inferiores a 2 mm, que não se conseguem medir utilizando a SIP. A desvantagem é referente a diâmetros superiores a 2 mm, devido à resolução obtida com a câmara utilizada. Este sistema foi validado por comparação com a calibração utilizando como equipamento calibrador a SIP. Ao longo da dissertação irão ser explicados todos os passos dados para a calibração de roscados de exterior.

Uso Sustentável de Vapor

Em 2006, a IEA (Agência Internacional de Energia), publicou alguns estudos de consumos mundiais de energia. Naquela altura, apontava na fabricação de produtos, um consumo mundial de energia elétrica, de origem fóssil de cerca 86,16 EJ/ano (86,16×018 J) e um consumo de energia nos sistemas de vapor de 32,75 EJ/ano. Evidenciou também nesses estudos que o potencial de poupança de energia nos sistemas de vapor era de 3,27 EJ/ano. Ou seja, quase tanto como a energia consumida nos sistemas de vapor da U.E. Não se encontraram números relativamente a Portugal, mas comparativamente com outros Países publicitados com alguma similaridade, o consumo de energia em vapor rondará 0,2 EJ/ano e por conseguinte um potencial de poupança de cerca 0,02 EJ/ano, ou 5,6 × 106 MWh/ano ou uma potência de 646 MW, mais do que a potência de cinco barragens Crestuma/Lever! Trata-se efetivamente de muita energia; interessa por isso perceber o onde e o porquê deste desperdício. De um modo muito modesto, pretende-se com este trabalho dar algum contributo neste sentido. Procurou-se evidenciar as possibilidades reais de os utilizadores de vapor de água na indústria reduzirem os consumos de energia associados à sua produção. Não estão em causa as diferentes formas de energia para a geração de vapor, sejam de origem fóssil ou renovável; interessou neste trabalho estudar o modo de como é manuseado o vapor na sua função de transporte de energia térmica, e de como este poderá ser melhorado na sua eficiência de cedência de calor, idealmente com menor consumo de energia. Com efeito, de que servirá se se optou por substituir o tipo de queima para uma mais sustentável se a jusante se continuarem a verificarem desperdícios, descarga exagerada nas purgas das caldeiras com perda de calor associada, emissões permanentes de vapor para a atmosfera em tanques de condensado, perdas por válvulas nos vedantes, purgadores avariados abertos, pressão de vapor exageradamente alta atendendo às temperaturas necessárias, “layouts” do sistema de distribuição mal desenhados, inexistência de registos de produção e consumos de vapor, etc. A base de organização deste estudo foi o ciclo de vapor: produção, distribuição, consumo e recuperação de condensado. Pareceu importante incluir também o tratamento de água, atendendo às implicações na transferência de calor das superfícies com incrustações. Na produção de vapor, verifica-se que os maiores problemas de perda de energia têm a ver com a falta de controlo, no excesso de ar e purgas das caldeiras em exagero. Na distribuição de vapor aborda-se o dimensionamento das tubagens, necessidade de purgas a v montante das válvulas de controlo, a redução de pressão com válvulas redutoras tradicionais; será de destacar a experiência americana no uso de micro turbinas para a redução de pressão com produção simultânea de eletricidade. Em Portugal não se conhecem instalações com esta opção. Fabricantes da República Checa e Áustria, têm tido sucesso em algumas dezenas de instalações de redução de pressão em diversos países europeus (UK, Alemanha, R. Checa, França, etc.). Para determinação de consumos de vapor, para projeto ou mesmo para estimativa em máquinas existentes, disponibiliza-se uma série de equações para os casos mais comuns. Dá-se especial relevo ao problema que se verifica numa grande percentagem de permutadores de calor, que é a estagnação de condensado - “stalled conditions”. Tenta-se também evidenciar as vantagens da recuperação de vapor de flash (infelizmente de pouca tradição em Portugal), e a aplicação de termocompressores. Finalmente aborda-se o benchmarking e monitorização, quer dos custos de vapor quer dos consumos específicos dos produtos. Esta abordagem é algo ligeira, por manifesta falta de estudos publicados. Como trabalhos práticos, foram efetuados levantamentos a instalações de vapor em diversos sectores de atividades; 1. ISEP - Laboratório de Química. Porto, 2. Prio Energy - Fábrica de Biocombustíveis. Porto de Aveiro. 3. Inapal Plásticos. Componentes de Automóvel. Leça do Balio, 4. Malhas Sonix. Tinturaria Têxtil. Barcelos, 5. Uma instalação de cartão canelado e uma instalação de alimentos derivados de soja. Também se inclui um estudo comparativo de custos de vapor usado nos hospitais: quando produzido por geradores de vapor com queima de combustível e quando é produzido por pequenos geradores elétricos. Os resultados estão resumidos em tabelas e conclui-se que se o potencial de poupança se aproxima do referido no início deste trabalho.

Estratificação da interação com o utilizador em ambientes de Realidade Virtual

A evolução tecnológica tem sido de tal ordem que a realidade virtual deixou de ser um mero conceito que apenas é possível de implementar recorrendo a máquinas com um poder de processamento muito elevado. Tendo em conta o potencial da realidade virtual e a não existência de boas práticas na criação da interface de um sistema que use este conceito, pretende-se, nesta dissertação, fazer um estudo sobre como pode ser analisada e estruturada a componente de interação através da estratificação de níveis de interação para as diferentes operações do sistema pretendido. Por forma a ser possível, posteriormente, comparar cada um dos sistemas relativamente à interação, foram estipulados um conjunto de ações/operações que teriam de ser passíveis de executar em cada um, bem como, um tema base, uma aplicação de realidade virtual de simulação de espaço aplicada ao sector mobiliário. Depois de implementados os sistemas, estes foram apresentados a um conjunto de pessoas que foram inquiridas sobre os mesmos, por forma a avaliar a interação com cada um. Através dos resultados obtidos da avaliação dos inquéritos entregues, foi possível concluir que, para uma grande parte das operações implementadas, existe uma preferência para que a realização da operação seja o mais similar à sua execução num contexto real.