A wireless sensor network platform for structural health monitoring: enabling accurate and synchronized measurements through COTS+custom-based design

Structural health monitoring has long been identified as a prominent application of Wireless Sensor Networks (WSNs), as traditional wired-based solutions present some inherent limitations such as installation/maintenance cost, scalability and visual impact. Nevertheless, there is a lack of ready-to-use and off-the-shelf WSN technologies that are able to fulfill some most demanding requirements of these applications, which can span from critical physical infrastructures (e.g. bridges, tunnels, mines, energy grid) to historical buildings or even industrial machinery and vehicles. Low-power and low-cost yet extremely sensitive and accurate accelerometer and signal acquisition hardware and stringent time synchronization of all sensors data are just examples of the requirements imposed by most of these applications. This paper presents a prototype system for health monitoring of civil engineering structures that has been jointly conceived by a team of civil, and electrical and computer engineers. It merges the benefits of standard and off-the-shelf (COTS) hardware and communication technologies with a minimum set of custom-designed signal acquisition hardware that is mandatory to fulfill all application requirements.

A New Approach to Monitoring Touristic and Cultural Routes: The Challenge of Development and Use of Indicators-Based Systems

The present paper results of an ongoing research project were it is expected to develop an information system to monitoring a cultural-touristic route. The route to monitor is the Romanesque Route of Tâmega. This Route is composed of 58 monuments located in the region of Tâmega in the North of Portugal. Due to the particular location of this region, that is between coastal zone, but not yet in the inland, it has a weak political influence, and it is reflected in the low levels of development at several levels, observed. The Romanesque Route was implemented in a part of this region in 1998, and enlarged to the all-region in 2010. In order to evaluate the socio-ecomonic impact of this route in the region a research project is being developed. The main goal of this paper is to open a discussion on the elements that must be taken into consideration to evaluate the economic and social impact of a touristic cultural route within a region and this one in particular.

Simulation and life cycle assessment of process design alternatives for biodiesel production from waste vegetable oils

This study uses the process simulator ASPEN Plus and Life Cycle Assessment (LCA) to compare three process design alternatives for biodiesel production from waste vegetable oils that are: the conventional alkali-catalyzed process including a free fatty acids (FFAs) pre-treatment, the acid-catalyzed process, and the supercritical methanol process using propane as co-solvent. Results show that the supercritical methanol process using propane as co-solvent is the most environmentally favorable alternative. Its smaller steam consumption in comparison with the other process design alternatives leads to a lower contribution to the potential environmental impacts (PEI’s). The acid-catalyzed process generally shows the highest PEI’s, in particular due to the high energy requirements associated with methanol recovery operations.

Engineering real-time applications with WorldFIP: tools and analysis

WorldFIP is standardised as European Norm EN 50170 - General Purpose Field Communication System. Field communication systems (fieldbuses) started to be widely used as the communication support for distributed computer-controlled systems (DCCS), and are being used in all sorts of process control and manufacturing applications within different types of industries. There are several advantages in using fieldbuses as a replacement of for the traditional point-to-point links between sensors/actuators and computer-based control systems. Indeed they concern economical ones (cable savings) but, importantly, fieldbuses allow an increased decentralisation and distribution of the processing power over the field. Typically DCCS have real-time requirements that must be fulfilled. By this, we mean that process data must be transferred between network computing nodes within a maximum admissible time span. WorldFIP has very interesting mechanisms to schedule data transfers. It explicit distinguishes to types of traffic: periodic and aperiodic. In this paper we describe how WorldFIP handles these two types of traffic, and more importantly, we provide a comprehensive analysis for guaranteeing the real-time requirements of both types of traffic. A major contribution is made in the analysis of worst-case response time of aperiodic transfer requests.

Gestão e monitorização de uma rede departamental: um caso de estudo

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Utilidade dos estudos de condução nervosa e respostas-F do nervo peronial na radiculopatia de L5 e a sua correlação com o grau de gravidade avaliada eletromiograficamente

As radiculopatias lombares referem-se a um processo patológico envolvendo as raízes nervosas espinais, causando sintomas radiculares ao nível dos membros inferiores. As respostas-F são ondas tardias que advêm de descargas recorrentes de neurónios motores despolarizados antidromicamente, que podem ser úteis na avaliação de lesões radiculares. Com o objetivo de avaliar a utilidade dos estudos de condução nervosa e respostas- F do nervo peronial no diagnóstico de radiculopatia de L5 e a sua correlação com o seu grau de gravidade, foram estudados 47 sujeitos que padeciam de radiculopatia de L5 e foram comparados com um grupo de controlo, constituído por 28 sujeitos saudáveis. Foram estudadas as amplitudes do PAMC do nervo peronial profundo, do PANS do peronial superficial, bem como as latências mínima, média e máxima, cronodispersão e persistência das Respostas-F. Foi realizada ainda uma avaliação eletromiográfica, com o intuito de classificar o acometimento da raiz em termos de gravidade. Registaram-se diferenças significativas entre os dois grupos na amplitude do PAMC do peronial profundo (p<0,0001), na F-mínima, F-média, F-máxima e cronodispersão (p<0,0001), e ainda na persistência (p 0,014). Todos estes parâmetros também se correlacionaram significativamente com o grau de gravidade da radiculopatia, sendo as latências das ondas-F e a cronodispersão progressivamente maiores nos sujeitos com um grau de afeção mais grave, e a persistência e a amplitude dos estudos de condução motora mais baixas. O fator que se evidenciou mais sensível no diagnóstico desta patologia foi a latência-máxima das ondas-F, 31,25%, e o menos sensível a persistência, apenas alterada em 9,34% dos indivíduos. Tendo em consideração todos os parâmetros avaliados nas respostas-F atingiu-se uma sensibilidade global desta técnica de 42,19%. Com esta investigação concluímos que os estudos de condução nervosa e as respostas-F poderão ser úteis como complemento na avaliação das radiculopatias lombares, apresentando uma sensibilidade considerável para esta patologia. Não se deve limitar o estudo desta técnica à avaliação das latências mínima das ondas-F, mas incluir sempre todos os outros parâmetros, aumentando assim a sua sensibilidade. Estas técnicas deverão ser incluídas no estudo das radiculopatias de L5.

Estudo e melhoria da capacidade de um processo industrial de panificação

Esta dissertação apresenta um estudo da capacidade do processo inserido uma empresa de panificação. Antes de iniciar o estudo propriamente dito, foi realizada uma calibração à balança na qual este estudo seria realizado. Os índices de capacidade do processo têm como principal finalidade verificar se a média e a variabilidade do processo estão em concordância com o alvo e os limites de especificação. Esta verificação permite o ajustamento do processo de maneira a reduzir a produção de produtos defeituosos. Neste trabalho foram utilizados os índices de capacidade considerando que as condições são ideais, isto é, quando existe normalidade nas amostras. Quando as condições não são ideais, como foi verificado, foram utilizadas técnicas para o cálculo dos índices de capacidade para este tipo de situações. A aplicação da metodologia de análise da capacidade do processo foi realizada com sucesso com recurso a amostras retiradas numa balança calibrada para o efeito.

Planeamento e balanceamento de uma linha de montagem universal para formação

Este trabalho teve o intuito de criar uma linha de montagem universal através da qual será dada formação aos atuais operadores e a novos que possam vir a pertencer ao departamento de montagem na empresa Grohe Portugal. Para tal era necessário saber realizar um estudo de métodos e um estudo de tempos sobre os vários processos existentes no departamento de montagem. Com esse intuito foi elaborada uma pesquisa sobre as referidas temáticas, onde ficou evidente a sua importância e a sua imprescindibilidade. Inicialmente houve também um acompanhamento das montagens dos produtos nas várias linhas, de forma a adquirir conhecimento sobre as características dos processos de montagem existentes no departamento. Os pontos mais importantes durante o estudo de métodos e tempos realizado foram a definição de toda a estrutura do processo, das ferramentas e materiais a utilizar, não esquecendo a relação entre o operador e as suas ferramentas e a medição de tempos de todas as tarefas necessárias para cada processo de montagem. A linha de montagem, cujo projeto se desenvolveu, é composta por três bancadas e consiste num conjunto de postos de trabalho onde são executadas as operações através de máquinas, do trabalho humano, ou da sua conjugação, dispostos numa determinada sequência, sendo alguns deles amovíveis. Para a realização e conclusão deste projeto foram superadas diversas etapas, sendo que as mais relevantes foram:  a análise dos processos de montagem;  estudo de tempos de todas as famílias de produtos a serem implementados na linha de formação; - Definição da estrutura da linha de montagem; - Definição das rampas e dos tubos de abastecimento da linha; - Desenho da linha de montagem em 3D no software SolidWorks. Paralelamente foram também desenvolvidos estudos de tempos sobre alguns produtos com o intuito de serem implementadas melhorias, ou apenas para o controlo de tempos necessários para a realização das operações Por último, foi também elaborada uma recolha de ferramentas existentes no departamento de montagem para serem elaborados manuais de instruções das ferramentas fabricadas internamente, com o objetivo de obter a certificação OSHAS 180001 e de criar documentos com a listagem de materiais necessários para cada produto.

Operational modal monitoring of ancient structures using wireless technology

Operational Modal Analysis is currently applied in structural dynamic monitoring studies using conventional wired based sensors and data acquisition platforms. This approach, however, becomes inadequate in cases where the tests are performed in ancient structures with esthetic concerns or in others, where the use of wires greatly impacts the monitoring system cost and creates difficulties in the maintenance and deployment of data acquisition platforms. In these cases, the use of sensor platforms based on wireless and MEMS would clearly benefit these applications. This work presents a first attempt to apply this wireless technology to the structural monitoring of historical masonry constructions in the context of operational modal analysis. Commercial WSN platforms were used to study one laboratory specimen and one of the structural elements of a XV century building in Portugal. Results showed that in comparison to the conventional wired sensors, wireless platforms have poor performance in respect to the acceleration time series recorded and the detection of modal shapes. However, for frequency detection issues, reliable results were obtained, especially when random excitation was used as noise source.

Reabilitação de uma instituição particular de solidariedade social (IPSS)

Mestrado em Engenharia Civil - Construções

Fuzzy Boolean nets investigation of the alteration of some physical forest soil properties due to a prescribed fire action

Portuguese northern forests are often and severely affected by wildfires during the summer season. Some preventive actions, such as prescribed (or controlled) burnings and clear-cut logging, are often used as a measure to reduce the occurrences of wildfires. In the particular case of Serra da Cabreira forest, due to extremely difficulties in operational field work, the prescribed (or controlled) burning technique is the the most common preventive action used to reduce the existing fuel load amount. This paper focuses on a Fuzzy Boolean Nets analysis of the changes in some forest soil properties, namely pH, moisture and organic matter content, after a controlled fire, and on the difficulties found during the sampling process and how they were overcome. The monitoring process was conducted during a three-month period in Anjos, Vieira do Minho, Portugal, an area located in a contact zone between a two-mica coarse-grained porphyritic granite and a biotite with plagioclase granite. The sampling sites were located in a spot dominated by quartzphyllite with quartz veins whose bedrock is partially altered and covered by slightly thick humus, which maintains low undergrowth vegetation.

O sistema de controlo interno numa empresa do sector hoteleiro: estudo de caso: âmbito da área de vendas

Trabalho de Projecto apresentado ao Instituto de Contabilidade e Administração do Porto para a obtenção do grau de Mestre em Auditoria, sob a orientação da Doutora Alcina Augusta de Sena Portugal Dias. “Esta versão contém as críticas e sugestões dos elementos do júri”

Environmental/Regatta Buoy: Telemetry and Configuration

A monitorização ambiental é essencial para a tomada de decisões tanto na ciência como na indústria. Em particular, uma vez que a água é essencial à vida e a superfície da Terra é composta principalmente por água, a monitorização do clima e dos parâmetros relacionados com a água em ecossistemas sensíveis, tais como oceanos, lagoas, rios e lagos, é de extrema importância. Um dos métodos mais comuns para monitorar a água é implantar bóias. O presente trabalho está integrado num projeto mais amplo, com o objetivo de projectar e desenvolver uma bóia autónoma para a investigação científica com dois modos de funcionamento: (i) monitorização ambiental ; e (ii) baliza ativa de regata. Assim, a bóia tem duas aplicações principais: a coleta e armazenamento de dados e a assistência a regatas de veleiros autónomos. O projeto arrancou há dois anos com um grupo de quatro estudantes internacionais. Eles projetaram e construíram a estrutura física, compraram e montaram o sistema de ancoragem da bóia e escolherem a maioria dos componentes electrónicos para o sistema geral de controlo e medição. Este ano, durante o primeiro semestre, dois estudantes belgas - Jeroen Vervenne e Hendrick Verschelde – trabalharam nos subsistemas de recolha e armazenamento de dados (unidade de controlo escrava) e de telemetria e configuração (unidade de controlo mestre) assim como definiram o protocolo de comunicação da aplicação. O trabalho desta tese continua o desenvolvimento do subsistema de telemetria e configuração. Este subsistema _e responsável pela configuração do modo de funcionamento e dos sensores assim como pela comunicação com a estacão de base (controlo ambiental), barcos (baliza ativa de regata) e com o subsistema de recolha e armazenamento de dados. O desenvolvimento do subsistema de recolha e armazenamento de dados, que coleta e armazena num cartão SD os dados dos sensores selecionados, prossegue com outro estudante belga - Mathias van Flieberge. O objetivo desta tese é, por um lado, implementar o subsistema de telemetria e de configuração na unidade de controle mestre e, por outro lado, refinar e implementar, conjuntamente com Mathias van Flieberge, o protocolo de nível de aplicação projetado. Em particular, a unidade de controlo mestre deve processar e atribuir prioridades às mensagens recebidas da estacão base, solicitar dados à unidade de controlo escrava e difundir mensagens com informação de posição e condições de vento e água no modo de regata. Enquanto que a comunicação entre a unidade de controlo mestre e a estacão base e a unidade de controlo mestre e os barcos é sem fios, a unidade de controlo mestre e a unidade de controlo escrava comunicam através de uma ligação série. A bóia tem atualmente duas limitações: (i) a carga máxima é de 40 kg; e (ii) apenas pode ser utilizada em rios ou próximo da costa dada à limitação de distância imposta pela técnica de comunicação sem fios escolhida.

An approach for automated service selection and ranking using services choreography

In today’s highly competitive market, it is critical to provide customers services with a high level of configuration to answer their business needs. Knowing in advance the performance associated with a specific choreography of services (e.g., by taking into account the expected results of each component service) represents an important asset that allows businesses to provide a global service tailored to customers’ specific requests. This research work aims at advancing the state-of-the-art in this area by proposing an approach for service selection and ranking using services choreography, predicting the behavior of the services considering customers’ requirements and preferences, business process constraints and characteristics of the execution environment.

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.