Aplicação das FPAA na realização de sistemas de ordem fraccionária

Esta tese de dissertação tem como principal objetivo a implementação de controladores fracionários utilizando diapositivos analógicos FPAA (Field Programable Analog Array). Embora estes dispositivos já não sejam um tecnologia recente, não tiveram grande aceitação comercial, daí não ter sido grande a sua evolução nesta última década. Mas para a elaboração de alguns circuitos analógicos, nomeadamente filtros, amplificadores e mesmo controladores PID (Proporcional-Integrativo-Derivativo) analógicos torna-se numa ferramenta que pode facilitar o projeto e implementação. Para a realização deste estudo, utilizou-se a placa de desenvolvimento da Anadigm AN231K04-DVLP3 juntamente com o software disponibilizado pela mesma empresa, o AnadigmDesigner2. Para a simulação e observação dos resultados foi utilizada a DAQ (Data Acquisition) Hilink da Zelton juntamente com o software Matlab. De forma a testar a implementação dos controladores fracionários nas FPAA foram realizados alguns circuitos no software e enviados para a FPAA comparando os resultados obtidos na simulação com os visualizados no osciloscópio. Por último foi projetado um controlador PIlDm recorrendo aos métodos de aproximação inteira descritos neste documento implementados na FPAA recorrendo ao uso de filtros de primeira e segunda ordem.

Reconfiguração e desenvolvimento do sistema de controlo de um AGV

O veículo guiado automaticamente (AGV) adquirido pelo Departamento de Engenharia Mecânica (DEM) tem vindo a ficar obsoleto devido ao hardware, que nos dias de hoje começa a dar sinais de falhas bem como falta de peças de substituição, e ao software, sendo o PLC (Programmable Logic Controller) usado muito limitado quanto às suas funções de controlo, ficando as principais tarefas de controlo do AGV a cargo de placas eletrónicas de controlo. Para promover o controlo autónomo do AGV, foi decidido retirar toda a parte de hardware que detinha o controlo do mesmo e passou a ser um novo PLC, com maior capacidade de processamento, a executar todo o tipo de controlo necessário ao funcionamento do mesmo. O hardware considerado apenas incluí, de forma resumida, os motores responsáveis pelo movimento e direção, placa de controlo de potência dos motores, placa de interface entre as saídas digitais do PLC e as entradas da placa de controlo de potência dos motores e os demais sensores necessários à deteção de obstáculos, fins de curso da direção, sensores dos postos de trabalho e avisadores de emergência. Todo o controlo de movimento e direção bem como a seleção das ações a executar passou a ficar a cargo do software programado no PLC assim como a interação entre o sistema de supervisão instalado num posto de controlo e o PLC através de comunicação via rádio. O uso do PLC permitiu a flexibilidade de mudar facilmente a forma como as saídas digitais são usadas, ao contrário de um circuito eletrónico que necessita de uma completa remodelação, tempo de testes e implementação para efetuar a mesma função. O uso de um microcontrolador seria igualmente viável para a aplicação em causa, no entanto o uso do PLC tem a vantagem de ser robusto, mais rápido na velocidade de processamento, existência de software de interface de programação bastante intuitivo e de livre acesso, facilidade de alterar a programação localmente ou remotamente, via rádio, acesso a vários protocolos de comunicação robustos como Modbus, Canbus, Profinet, Modnet, etc., e acesso integrado de uma consola gráfica totalmente programável. iv É ainda possível a sua expansão com adição de módulos de entradas e saídas digitais e/ou analógicas permitindo expandir largamente o uso do AGV para outros fins. A solução está a ser amplamente testada e validada no Laboratório de Automação (LabA) do Departamento de Engenharia Mecânica do ISEP (Instituto Superior de Engenharia do Porto), permitindo a otimização dos sistemas de controlo de direção bem como a interatividade entre o PLC e o programa de interface/supervisão do posto de trabalho.

Desenvolvimento de ferramenta de apoio ao dimensionamento de sistemas de autoconsumo fotovoltaico em ambiente doméstico

Nos últimos anos, tem-se assistido a uma maior preocupação com o meio ambiente, a atual conjuntura mundial está cada vez mais direcionada para a eficiência energética e para a utilização de fontes de energias renováveis. Os principais governos mundiais, incluindo o português, já perceberam a necessidade de enveredar por esse caminho e nesse sentido aplicam medidas que direcionam e consciencializam a população para a eficiência energética e para as energias renováveis. Em Portugal, o setor das energias renováveis assume atualmente uma posição de extrema importância, resultante da expressão que governo português tem vindo a implementar no panorama energético nacional, da qual resulta uma importante contribuição para o desenvolvimento económico, na criação de riqueza e geração de emprego. Neste contexto, e no caso particular da energia fotovoltaica têm sido implementadas medidas que incentivam a aposta nesta tecnologia, prova disso é o Decreto-Lei n.º 153/2014 aprovado em conselho de ministros em Setembro de 2014, que promove essencialmente o autoconsumo. O autoconsumo consiste na utilização de painéis fotovoltaicos para produção de energia elétrica para consumo próprio com ou sem recurso a equipamentos de acumulação. Em termos práticos, este sistema permite que os consumidores produzam a sua própria energia através de uma fonte renovável ao invés de adquirir essa energia na rede elétrica de serviço público. As políticas de incentivo ao autoconsumo proporcionam uma oportunidade para os consumidores interessados em investir na produção da própria energia elétrica, neste sentido e de forma a ajudar no dimensionamento de unidades de produção de autoconsumo foi desenvolvida, no âmbito desta tese, uma ferramenta de apoio ao dimensionamento de sistemas de autoconsumo fotovoltaico sem acumulação em ambiente doméstico, com o objetivo de estimar as necessidades de potência fotovoltaica a instalar em habitações de baixa tensão normal. Na base da construção desta ferramenta estiveram essencialmente os perfis de consumo, aprovados pela Entidade Reguladora dos Serviços Energéticos, de todos os clientes finais que não dispõem de equipamento de medição com registo de consumos e também a estimativa de produção fotovoltaica desenvolvida pelo Centro Comum de Investigação da Comissão Europeia. A aplicação desenvolvida tem como principal funcionalidade proporcionar ao utilizador o dimensionamento de unidades de produção de autoconsumo fotovoltaico, mediante a introdução de alguns dados tais como o distrito, a potência contratada, a tarifa e o consumo energético anual. Esta aplicação apresenta resultados relativos ao dimensionamento do sistema, como é o caso da potência a instalar e da estimativa de produção fotovoltaica anual, e resultados relativos à análise económica do sistema como é o caso do valor atual líquido, da taxa interna de rentabilidade e do payback do investimento.

Melhoria e automação de linhas de montagem

Hoje em dia, e com os avanços tecnológicos a surgirem de forma constante, existem novas áreas que têm de ser consideradas com um foco importante por parte de todas as organizações, sendo uma delas a robótica industrial. Motivada em aumentar o seu output, as condições de trabalho para os seus colaboradores, bem como todas as condições de organização da logística interna, a Grohe Portugal, mais especificamente o departamento da montagem, achou relevante fazer um estudo de métodos e tempos, calculando os ganhos potenciais de aumento de output com introdução de robótica nas linhas dos cartuchos. Os objetivos principais seriam então, fazer uma restruturação de todo o layout dessas linhas, tendo como foco automatizar alguma(s) operação(ões), conseguindo assim uma melhoria significativa do output dessas linhas com o menor payback possível. Posto isto, esta dissertação pretende apresentar o trabalho desenvolvido junto da Grohe Portugal, que teve como objetivo fazer os estudos e a automatização de linhas de montagem de cartuchos, bem como melhorar algumas linhas de montagem tendo em conta fatores ergonómicos. Relativamente à automatização da linha dos cartuchos, foi importante estudar todos os seguintes aspetos:  utilização de unidades robóticas;  ergonomia;  ganhos de produtividade;  automatizar ou semi-automatizar operações;  simplificar processos de montagem;  simplificar setups;  solicitar orçamentos;  elaborar caderno de encargos. Para a realização deste projeto, o trabalho desenvolvido foi decomposto em várias etapas, entre as quais se destacam:  análise e estudo dos métodos e sequências de montagem;  levantamento de todos os componentes e operações de montagem até à obtenção do cartucho final;  estudo de tempos de todas essas operações de montagem;  caraterização de um novo layout para as linhas com a introdução de unidades robóticas, tanto quanto possível, mais adequadas;  elaboração de caderno de encargos para ser enviado a empresas, para estas poderem apresentar uma orçamentação, bem como indicar as unidades robóticas mais adequadas para as tarefas pretendidas;  automatização da linha dos cartuchos. Relativamente ao projeto de novas linhas de montagem tendo em conta fatores ergonómicos, de forma a melhorar os sistemas de abastecimento e as condições de trabalho por parte dos operadores, foram postos em prática diferentes passos, nomeadamente:  identificação de todos os processos de montagem realizados pelos operadores na linha a melhorar;  estudo e definição da disposição dos componentes na nova linha, bem como a sua forma de abastecimento;  projeto da nova linha de montagem em 3D com recurso ao software SolidWorks;  realização prática da linha, acompanhando e ajudando a equipa da ferramentaria. O balanço final do trabalho foi bastante positivo, tanto na automatização das linhas de montagem dos cartuchos, em que todo o seu estudo foi alcançado com sucesso, como no melhoramento ergonómico das linhas de montagem, tendo-se alcançado melhorias em alguns índices de qualidade, tempos de abastecimento, organização das linhas, e nas condições de iluminação, resultando essas melhorias numa avaliação positiva por parte dos colaboradores que nelas trabalham todos os dias.

Desenvolvimento de sistemas automáticos de alimentação e descarga de injectora de plásticos

A indústria de componentes para automóveis necessita de constante inovação, no sentido de manter a elevada competitividade, imprescindível à sobrevivência de qualquer empresa neste sector. A automação e robótica são vias incontornáveis para a prossecução dos objetivos de produtividade desejados. Mesmo dentro da automação, a evolução é constante. Para além disso, a crescente inovação nos produtos fabricados, exige também novas soluções em termos de processos de fabrico. Isto leva a que, soluções válidas até uma determinada altura, passem facilmente a obsoletas, com necessidade premente de se implementarem novos sistemas que correspondam às necessidades atuais. Este trabalho teve por base uma necessidade detetada numa empresa fabricante de acessórios para a indústria automóvel: estruturas para estofo de assento automóvel, entre muitos outros. Atualmente, a estrutura do estofo automóvel assenta numa grelha constituída por um conjunto de arames, que é agregado por uma série de tiras de plástico injetadas em seu redor. As máquinas de injeção responsáveis por este processo têm superfície de apartação horizontal, e necessitam de mão-de-obra adjacente para a colocação dos arames no molde e descarga do conjunto, na razão de uma pessoa para duas máquinas, dependendo do tempo de ciclo da injeção. O trabalho consistiu no desenvolvimento de um sistema automático de alimentação e descarga da máquina de injeção, que tivesse por base um sistema já existente, mas que passasse a comportar outras funções até agora não desempenhadas pelos sistemas antigos, ou seja, que fossem capazes de ultrapassar os problemas colocados pela complexidade atual dos produtos em fabricação. O projeto foi concluído com sucesso, tendo sido validado pela empresa FicoCables, através da construção, teste e colocação em funcionamento de vários protótipos.

Projeto de um altifalante digital

Devido ao crescente desenvolvimento das nanotecnologias, estando associadas a melhoria da eficiência energética assim como mais processamento de dados e a redução dos custos, esta dissertação possibilita todo o enquadramento com sistemas modernos ao nível do áudio digital. Tendo como base esta perspetiva, esta dissertação apresenta um sistema de áudio completo desde a fonte do sinal digital no PC até ao sinal analógico no altifalante. O sistema é constituído pelos seguintes módulos: a interface do utilizador no PC, o Processador Digital de Sinais (DSP), o amplificador digital e os altifalantes. O sistema é baseado na amplificação de classe D controlada por um modulador sigma delta (ΣΔM) digital. São abordadas as técnicas utilizadas e os cuidados a ter em conta em cada módulo, tendo como principal objetivo uma boa qualidade de áudio. Diferentes arquiteturas ΣΔM são primeiramente analisadas por simulações para validar a estabilidade e a funcionalidade, seguidamente são implementadas ao nível físico no protótipo para qualificar algumas medições elétricas e testes acústicos básicos. Depois de selecionados os ΣΔM mais promissores, o sistema foi avaliado pela análise de alguns testes elétricos de alto nível assim como gravações do sinal de áudio em um ambiente de estúdio controlado. Os resultados acústicos são comparados com um sistema de estúdio com reconhecimento no mercado. As medições finais do protótipo revelaram valores do rendimento de até 72%, a SNR na saída do amplificador digital de 73 dB através da leitura com o Audio Precision ATS-2, com uma THD de -75 dB e uma gama dinâmica (DR) de 75 dB. A tensão de alimentação pode ir dos 5 aos 12 Volt, utilizando uma metodologia H-bridge na saída do amplificador, e podendo ser aplicada uma carga mínima de 4 Ohm. O sistema desenvolvido demonstra-se promissor e possibilita melhorias através de otimização de cada elemento em particular, desde adicionar capacidades ao DSP através de novo firmware, ou melhorar a potência do amplificador digital consoante os requisitos da aplicação.

Limitações dos sistemas de transmissão AC quando aplicados a parques eólicos offshore

De modo a garantir as metas propostas pela União Europeia de diminuição de emissão de gases poluentes, alguns países membros apostaram na tecnologia eólica offshore. Com a evolução tecnológica, estes países pretendem aumentar as potências instaladas nos parques eólicos offshore, garantindo a sua otimização ao estarem em águas profundas, tendo assim um maior aproveitamento do potencial eólico. Com esta dissertação, realizou-se um estudo para analisar, sob o ponto de vista de modelos, as limitações dos sistemas de transmissão em HVAC (High Voltage Alternating Current) quando estabelecidos em cabos submarinos. Os mecanismos dos sistemas de alimentação em HVAC, na forma tradicional (linhas aérea), são confrontados com condicionalismos. Este tipo de infraestrutura submarina impõe restrições, pelo simples facto dos parâmetros de capacidade e indutância serem bastante significativos, que para uma situação de trânsito de energia, inviabilizam o transporte de energia, devido ao elevado consumo de potência reativa, bem como os seus custos extremamente elevados. Assim, os sistemas de alimentação em HVAC quando aplicados a parques eólicos offshore apresentam limitações. O recurso à tecnologia HVDC (High Voltage Direct Current), poderá ser a solução que se revela mais adequada para os sistemas de transmissão de energia associados aos parques eólicos offshore. Para além dos fatores técnicos é fundamental considerar os custos associados à construção e exploração do parque eólico, sendo fundamental analisar todos os dados relacionados com o projeto.

Sistemas de centragem de correias planas em actividades de transporte

Uma grande parte das transmissões mecânicas funciona com base no atrito. Uma transmissão por correia plana normalmente é constituída por duas polias, uma motora e uma movida cujos eixos estão paralelos entre si. A transmissão mecânica entre ambas as polias faz-se por meio de uma correia que abraça parcialmente cada uma das polias exercendo uma pressão de contacto, a qual, por atrito, origina uma força tangencial que permite o movimento rotacional de ambas. Desde há muito tempo, uma vasta gama de correias planas são usadas na indústria, para transporte e para transmissão de potência. Quando as correias planas são utilizadas em sistemas de transporte, a centragem das correias ao longo dos transportadores tem de ser assegurada. Devido a esse facto, os sistemas de centragem das correias têm vindo a ser desenvolvidos, desempenhando um papel fundamental no funcionamento das instalações, reduzindo a necessidade de intervenções para manutenção do sistema de transporte, o desgaste da correia e os danos nos equipamentos. Neste trabalho são apresentados e descritos, os princípios que regem o funcionamento e centragem das correias planas nos sistemas de transporte e os sistemas de centragem que são frequentemente usados nos sistemas de transporte de material. Devido aos variadíssimos factores que podem originar o descentramento das correias, são analisadas as causas que levam ao descentramento das correias e indicadas as possíveis soluções para evitar o descentramento das mesmas. A configuração dos transportadores de correia plana variam de aplicação para aplicação, podendo assumir inúmeras configurações geométricas consoante as necessidades de cada aplicação. Por fim, a presente dissertação apresenta os diferentes tipos de transportadores de correia plana, e a aplicabilidade de cada sistema de centragem para cada tipo de transportador.

Desempenho de sistemas de comunicações full-duplex

O aumento do volume de tráfego gerado em redes sem fios e a elevada taxa de ocupação do espectro Rádio-Eléctrico tem levado à procura e desenvolvimento de sistemas de elevada eficiência espectral. Recentemente, diversos grupos de investigação têm abordado a possibilidade de um dispositivo sem fios transmitir e receber dados em simultâneo na mesma banda. Estes dispositivos enquadram-se nos denominados “sistemas de comunicação Full-Duplex”, os quais, no limite, podem duplicar a capacidade da rede, quando comparados aos sistemas Half-Duplex. A grande dificuldade de implementação destes sistemas está associada ao cancelamento da auto-interferência. Esta interferência é provocada pela transmissão do próprio nó e, uma vez que apresenta uma potência muito superior à do sinal transmitido por outro dispositivo, impossibilita a captura desse sinal. Para permitir a transmissão e recepção de dados em simultâneo, os dispositivos Full-Duplex utilizam mecanismos de cancelamento do sinal auto-interferente, reduzindo-o para valores de potência próximos do nível de ruído. Nesta dissertação são abordados diversos tipos de mecanismos de redução da autointerferência, caracterizando as suas vantagens, desvantagens e limitações de utilização. De forma a estudar o funcionamento dos sistemas Full-Duplex, é caracterizado o efeito residual do cancelamento da auto-interferência e a capacidade de transmissão deste tipo de sistemas, incluindo a capacidade de recepção de múltiplos pacotes. Por fim, é proposto um protocolo de acesso ao meio para cenários onde vários dispositivos desejam comunicar com um nó receptor, utilizando um sistema de comunicação Full-Duplex.

Desenvolvimento de um sistema de diagnóstico de falhas em motores elétricos de indução

Os motores trifásicos de indução são os mais utilizados na indústria a nível mundial essencialmente devido à sua versatilidade, fiabilidade e baixo custo. Apesar da alta fiabilidade destes motores, o decorrer do tempo acaba por inevitavelmente levar a um desgaste que se poderá tornar excessivo quando negligenciado, levando assim o motor à situação de avaria. De forma a contornar este problema que resulta em gastos energéticos e prejuízos financeiros para as empresas, consequentes da paragem dos seus sistemas produtivos, as empresas recorrem à prática da manutenção preditiva. Através de uma monitorização contínua dos parâmetros de funcionamento, são realizados sucessivos diagnósticos não invasivos aos sistemas produtivos, nomeadamente motores, prevenindo deste modo o surgimento de falhas e avarias, identificando a origem do problema. A presente dissertação foi elaborada no âmbito da realização de um estágio numa empresa do setor eletromecânico. A referida empresa comercializa equipamentos industriais, dentro dos quais motores elétricos, entre outros componentes de acionamentos eletromecânicos, prestando serviços de manutenção dos mesmos. Este trabalho visou uma reformulação de um projeto de uma bancada para realização de testes de capacidade dos motores. A bancada de ensaio, além de reformulada, ganhou novas funcionalidades. Foi desenvolvido um sistema de análise e diagnóstico de falhas mecânicas em motores elétricos, através da inclusão de sensores adaptados para monitorização dos parâmetros de funcionamento. A escolha das técnicas utilizadas teve por base uma análise dos modos de falha dos elementos do motor. Para facilitar o trabalho do operador, foi incluída uma consola com botões de navegação e um mostrador em LCD para visualização do menu. Foram também comparados dois sistemas diferentes para simulação de carga, ou seja, de teste à capacidade dos motores. No âmbito desta dissertação está a ser preparado um artigo e uma apresentação para o 13º CNM (Congresso Nacional de Manutenção da APMI).

Desenvolvimento de um Range Extender para Veículo Elétrico

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Eletrónica Industrial e de Computadores

Análise técnica - económica da produção de energia em sistemas de abastecimento de água: caso do aproveitamento de fins múltiplos dos socorridos

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil

O enfermeiro e a avaliação na gestão de Sistemas de Saúde

Este artigo teve como objetivo refletir criticamente acerca da avaliação, enquanto ferramenta gerencial que favorece a inserção do enfermeiro no processo de gestão de sistemas de saúde. Em decorrência de sua formação, que engloba conhecimentos da área assistencial e gerencial, tendo como centralidade o cuidado, o enfermeiro tem potencial para assumir postura diferenciada na gestão e condições de tomar posições decisórias e de proposição de políticas de saúde. Entretanto, ainda há que se construir e consolidar inserção expressiva em níveis decisórios nos espaços de gestão. A avaliação é um componente da gestão, cujos resultados podem contribuir para tomada de decisão mais objetiva que possibilite a melhoria das intervenções de saúde e a reorganização das práticas de saúde, dentro de um contexto político, econômico, social e profissional; é também uma área de aplicação de conhecimentos que tem potência para mudar o panorama atual da inserção do enfermeiro na gestão.

Edifícios Inteligentes e a Domótica Proposta de um Projecto de Automação Residencial utilizando o protocolo X-10

Neste trabalho faz-se um estudo sobre o conceito edifício inteligente, onde se incluem as tecnologias que permitem a gestão de todos os recursos habitacionais (domótica). Para melhor compreender o assunto, inicialmente define-se o conceito edifício inteligente de acordo com várias instituições e personalidades, seguido de uma breve revisão histórica e o levantamento dos casos existentes a nível internacional. Faz-se uma análise sobre as funções da domótica, e descrevem-se os principais protocolos utilizados em automação residencial, destacando aspectos gerais sobre os mesmos, como praticidade, vantagens e desvantagens. Neste contexto, é proposto um projecto de automação residencial utilizando o protocolo X-10, no qual são abordadas algumas técnicas, que permitem fazer a gestão inteligente da energia, e o controlo de segurança. Este conceito tem sido muito aplicado internacionalmente, apresentando como uma boa solução para a sustentabilidade dos edifícios.

Avaliação de semeadora-adubadora de precisão trabalhando em três sistemas de preparo do solo

Avaliou-se uma semeadora-adubadora de precisão com quatro linhas, na cultura do milho (Zea mays L.), trabalhando em Latossolo Vermelho-Escuro eutrófico, A moderado, textura argilosa. As parcelas experimentais foram dispostas em blocos casualizados, com quatro repetições, em esquema fatorial 3 x 3, totalizando 36 observações. Os fatores foram dados pelos sistemas de preparo do solo (convencional, plantio direto e reduzido) e pelas marchas do trator (3ª reduzida alta, 4ª reduzida baixa e 4ª reduzida alta). Foram analisadas as variáveis velocidade de deslocamento, queda de velocidade, força de tração e potência na barra, consumo de combustível, rotação do motor e patinagem média dos rodados do trator. Os resultados mostraram que a operação de semeadura em solo sob preparo reduzido apresentou maior consumo de combustível, menor velocidade de deslocamento, menor capacidade de campo efetiva e maior patinagem.