Wind-CSP short-term coordination by MILP approach

This paper is on the maximization of total profit in a day-ahead market for a price-taker producer needing a short-term scheduling for wind power plants coordination with concentrated solar power plants, having thermal energy storage systems. The optimization approach proposed for the maximization of profit is a mixed-integer linear programming problem. The approach considers not only transmission grid constraints, but also technical operating constraints on both wind and concentrated solar power plants. Then, an improved short-term scheduling coordination is provided due to the more accurate modelling presented in this paper. Computer simulation results based on data for the Iberian wind and concentrated solar power plants illustrate the coordination benefits and show the effectiveness of the approach.

Tool effects on hybrid laminates drilling

Fiber reinforced plastics are increasing their importance as one of the most interesting groups of material on account of their low weight, high strength, and stiffness. To obtain good quality holes, it is important to identify the type of material, ply stacking sequence, and fiber orientation. In this article, the drilling of quasi-isotropic hybrid carbon +glass/epoxy plates is analyzed. Two commercial drills and a special step drill are compared considering the thrust force and delamination extension. Results suggest that the proposed step drill can be a suitable option in laminate drilling.

Wind-CSP short-term coordination by Milp approach

This paper is on the maximization of total profit in a day-ahead market for a price-taker producer needing a short-term scheduling for wind power plants coordination with concentrated solar power plants, having thermal energy storage systems. The optimization approach proposed for the maximization of profit is a mixed-integer linear programming problem. The approach considers not only transmission grid constraints, but also technical operating constraints on both wind and concentrated solar power plants. Then, an improved short-term scheduling coordination is provided due to the more accurate modelling presented in this paper. Computer simulation results based on data for the Iberian wind and concentrated solar power plants illustrate the coordination benefits and show the effectiveness of the approach.

Is it possible to remove polymeric nanoparticles from aqueous paints during the activated sludge treatment?

The market for emulsion polymers (latexes) is large and growing at the expense of other manufacturing processes that emit higher amounts of volatile organic solvents. The paint industry is not an exception and solvent-borne paints have been gradually substituted by aqueous paints. In their life-cycle, much of the aqueous paint used for architectural or decorative purposes will eventually be discharged into wastewater treatment facilities, where its polymeric nanoparticles (mainly acrylic and styrene-acrylic) can work as xenobiotics to the microbial communities present in activated sludge. It is well established that these materials are biocompatible at macroscopic scale. But is their behaviour the same at nanoscale? What happens to the polymeric nanoparticles during the activated sludge process? Do nanoparticles agregate and are discharged together with the sludge or remain in emulsion? How do microorganisms interact with these nanoparticles? Are nanoparticles degradated by them? Are they adsorbed? Are these nanoparticles toxic to the microbial community? To study the influence of these xenobiotics in the activated sludge process, an emulsion of cross-linked poly(butyl methacrylate) nanoparticles of ca. 50 nm diameter was produced and used as model compound. Activated sludge from a wastewater treatment plant was tested by the OCDE’s respiration inhibition test using several concentrations of PBMA nanoparticles. Particle aggregation was followed by Dynamic Light Scattering and microorganism surfaces were observed by Atomic Force Microscopy. Using sequential batch reactors (SBRs) and continuous reactors, both inoculated with activated sludge, the consumption of carbon, ammonia, nitrite and nitrate was monitored and compared, in the presence and absence of nanoparticles. No particles were detected in all treated waters by Dynamic Light Scattering. This can either mean that microorganisms can efficiently remove all polymer nanoparticles or that nanoparticles tend to aggregate and be naturally removed by precipitation. Nevertheless respiration inhibition tests demonstrated that microorganisms consume more oxygen in the presence of nanoparticles, which suggests a stress situation. It was also observed a slight decrease in the efficiency of nitrification in the presence of nanoparticles. AFM images showed that while the morphology of some organisms remained the same both in the presence and absence of nanoparticles, others assumed a rough surface with hilly like shapes of ca. 50 nm when exposed to nanoparticles. Nanoparticles are thus likely to be either incorporated or adsorbed at the surface of some organisms, increasing the overall respiration rate and decreasing nitrification efficiency. Thus, despite its biocompatibility at macroscopic scale, PBMA is likely to be no longer innocuous at nanoscale.

Aplicação da técnica Análise do Valor (AV) a um determinado porduto/serviço

Mestrado em Engenharia Mecânica - Gestão de Processos e Operações

Estudo da produção e aplicação de cola animal

Com as crescentes exigências do mercado e fortes restrições a nível ambiental, as indústrias modernas tendem a progredir no sentido da eficiência, sustentabilidade e rentabilidade dos seus processos produtivos. Sendo a indústria dos curtumes uma forte geradora de resíduos sólidos, é indispensável criar alternativas à valorização desses mesmos resíduos de forma a cumprir todos os requisitos ambientais. Este trabalho remete à reutilização dos resíduos, provenientes da divisão da pele em tripa após operação de descarna, com o intuito de se desenvolver um novo bio-produto apto para ser utilizado noutros sectores industriais. Os resíduos em causa consistem maioritariamente em colagéneo, que apresenta um enorme potencial para se produzir cola animal. Desta forma, este trabalho tem como objectivo principal avaliar a utilização deste tipo de resíduo na produção de um novo bio-produto, cola animal, e testar a sua aplicabilidade técnica e funcional. Com a realização deste trabalho, mostrou-se ser possível produzir um produto, a partir de retalhos da indústria de curtumes, com um perfil de carácter positivo no que diz respeito à viabilidade técnica e funcional da utilização da cola animal como eventual alternativa a um ligante, para formulações de colas de base aquosa para a indústria gráfica e do papel.

Optimization of the Pultrusion process

Manufacturing processes need permanently to innovate and optimize because any can be susceptible to continuous improvement. Innovation and commitment to the development of these new solutions resulting from existing expertise and the continuing need to increase productivity, flexibility and ensuring the necessary quality of the manufactured products. To increase flexibility, it is necessary to significantly reduce set-up times and lead time in order to ensure the delivery of products ever faster. This objective can be achieved through a normalization of the pultrusion line elements. Implicitly, there is an increase of productivity by this way. This work is intended to optimize the pultrusion process of structural profiles. We consider all elements of the system from the storehouse of the fibers (rack) to the pultrusion die. Particular attention was devoted to (a) the guidance system of the fibers and webs, (b) the resin container where the fibers are impregnated, (c) standard plates positioning of the fibers towards the entrance to the spinneret and also (d) reviewed the whole process of assembling and fixing the die as well as its the heating system. With the implementation of these new systems was achieved a significant saving of time set-up and were clearly reduced the unit costs of production. Quality assurance was also increased.

Seleção de ferramenta para avaliação do desempenho ambiental de produtos: estudo de caso na indústria automóvel

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Biológica

In Situ Near-Infrared (NIR) Versus High-Throughput Mid- Infrared (MIR) Spectroscopy to Monitor Biopharmaceutical Production

The development of biopharmaceutical manufacturing processes presents critical constraints, with the major constraint being that living cells synthesize these molecules, presenting inherent behavior variability due to their high sensitivity to small fluctuations in the cultivation environment. To speed up the development process and to control this critical manufacturing step, it is relevant to develop high-throughput and in situ monitoring techniques, respectively. Here, high-throughput mid-infrared (MIR) spectral analysis of dehydrated cell pellets and in situ near-infrared (NIR) spectral analysis of the whole culture broth were compared to monitor plasmid production in recombinant Escherichia coil cultures. Good partial least squares (PLS) regression models were built, either based on MIR or NIR spectral data, yielding high coefficients of determination (R-2) and low predictive errors (root mean square error, or RMSE) to estimate host cell growth, plasmid production, carbon source consumption (glucose and glycerol), and by-product acetate production and consumption. The predictive errors for biomass, plasmid, glucose, glycerol, and acetate based on MIR data were 0.7 g/L, 9 mg/L, 0.3 g/L, 0.4 g/L, and 0.4 g/L, respectively, whereas for NIR data the predictive errors obtained were 0.4 g/L, 8 mg/L, 0.3 g/L, 0.2 g/L, and 0.4 g/L, respectively. The models obtained are robust as they are valid for cultivations conducted with different media compositions and with different cultivation strategies (batch and fed-batch). Besides being conducted in situ with a sterilized fiber optic probe, NIR spectroscopy allows building PLS models for estimating plasmid, glucose, and acetate that are as accurate as those obtained from the high-throughput MIR setup, and better models for estimating biomass and glycerol, yielding a decrease in 57 and 50% of the RMSE, respectively, compared to the MIR setup. However, MIR spectroscopy could be a valid alternative in the case of optimization protocols, due to possible space constraints or high costs associated with the use of multi-fiber optic probes for multi-bioreactors. In this case, MIR could be conducted in a high-throughput manner, analyzing hundreds of culture samples in a rapid and automatic mode.

Lean applied to logistics: a case study

This project aims to study the implementation of Lean principles and tools in several levels of logistics, from internal logistics to interface with distribution center and suppliers, in an industrial plant. The main focus of all efforts is to create the conditions to approach the continuous flow scenario in the manufacturing processes. The subject of improvement actions is a company whose core activity is car seat production, more specifically the car seat cover production and assembly. This focuses the assembly process, which requires the usage of a considerable variety of components and therefore is an important obstacle to the implementation of continuous flow. The most salient issues are related with inefficient interaction between sections and late supply of components in assembly lines, forcing the operator to abandon his work station and leading to production interruption. As an operational methodology, actions from Lean philosophy and optimization were implemented according to project management principles.

Anthropocentric-based robotic and autonomous systems: assessment for new organisational options

Text based on the paper presented at the Conference "Autonomous systems: inter-relations of technical and societal issues" held at Monte de Caparica (Portugal), Universidade Nova de Lisboa, November, 5th and 6th 2009 and organized by IET-Research Centre on Enterprise and Work Innovation

Projeto e dimensionamento da tampa de ventilação de um motor elétrico

Nos dias de hoje a indústria tenta tornar-se cada vez mais competitiva baixando os custos de produção e aumentando a eficiência do produto. O presente trabalho visa desenvolver uma tampa de ventilação de um motor elétrico mais competitiva mas que cumpra com o desempenho mecânico e eficiência solicitados. Para tal, começou-se por analisar alguns motores elétricos e as suas aplicações. Seguidamente apresentam-se conceitos sobre aerodinâmica e processos de fabrico que permitem apoiar as opções tomadas ao longo do estudo. Após o fundamento teórico é apresentado todo o processo de desenvolvimento de uma nova peça. Recorrendo a softwares como o solidworks e Ansys, realizou-se uma análise analítica que permitiu validar as alterações propostas na tampa de ventilação. Foram, ainda, realizadas análises experimentais com o intuito de consolidar os resultados obtidos analiticamente e garantir que o componente cumpria os requisitos impostos por organizações internacionais ligadas à indústria do oil and gas. A primeira das análises experimentais realizada testa a capacidade do material resistir ao impacto de componentes de pequenas dimensões. Esta analise permitiu garantir a utilização da tampa de ventilação em todas as áreas sem limites de normalização. A segunda permite analisar experimentalmente as alterações de design assim como testar alguns trabalhos futuros. Esta análise permitiu definir se no novo projeto da tampa desenvolvido deveria comtemplar uma alteração do diâmetro da entrada de ar da tampa de ventilação. Como resultados aparecem as decisões tomadas na presente tese, assim como analisar as metas que foram atingidas e que melhorias se pretende atingir de futuro tentando visar novas metas. Os resultados obtidos permitiram definir uma nova tampa de ventilação com a nova que irá beneficiar a empresa na sua competitividade no mercado mantendo a performance do motor.

Projeto da estrutura e sistema de movimentação robotizado de linha automática de corte de chapa

Os robots de movimentação de chapa são bastantes úteis para as empresas de metalomecânica. De facto, cada vez mais existem máquinas de corte por jato de água, laser ou outros processos, nos quais os robots apresentam um papel importante na carga e descarga do material. O trabalho realizado apresenta novas soluções aos sistemas de movimentação existentes no mercado, e permite reduzir os custos na movimentação do material. Este projeto serve essencialmente para chapas em trajetória retilínea, e efetuar o seu levantamento do equipamento e deposição em estrutura de suporte (ou viceversa). A vantagem a ter em conta é a diminuição dos custos de movimentação do material. Neste trabalho apresentou-se a metodologia de dimensionamento de um robot automatizado que transporta chapas com um peso máximo de 3500 kg, tendo por base as normas do EC3-P1.8 e o Método de Elementos Finitos (MEF). No decurso do projeto foram abordadas os seguintes temas: Abordagem inicial da geometria através do Solidworks; Dimensionamento da estrutura por software de Elementos Finitos, o Solidworks; Dimensionamento das correntes, carretos/discos ou coroas e rolamentos; Dimensionamento e seleção dos moto-redutores, bomba de vácuo e ventosas; Cálculo das solicitações em cada membro da estrutura por software de análise estrutural, o Multiframe3D, e respetivo dimensionamento das ligações aparafusadas e soldadas; Elaboração dos desenhos de projeto finais, processos de fabrico e custos; Dimensionamento do acionamento, MG e disposição dos dispositivos no quadro elétrico. Como conclusão refere-se que se conseguiu realizar o projeto e obter uma solução final otimizada, com a ajuda de ferramentas importantes, como sejam o MEF, resultando num equipamento cujas solicitações para a estrutura e sistema de movimentação foram otimizadas, resultando num equipamento eficiente, robusto, seguro e de custo reduzido.

Otimização do processo de injeção de ZAMAK

A indústria automóvel necessita aumentar a produtividade de forma sistemática, com vista à redução de custos e incremento da competitividade. A otimização dos produtos e processos é uma constante. O presente trabalho foi solicitado pela empresa FicoCables, do Grupo FICOSA, tendo em vista a otimização do processo de injeção de pequenas peças injetadas em ZAMAK, que constituem o bloqueio na extremidade de cada cabo metálico inserido nos automóveis para abertura da mala, portas, travão de mão, reservatório de combustível, capô, etc. A empresa possui cerca de 52 equipamentos de injeção de ZAMAK, cuja temperatura dos bicos era mantida com base numa chama de gás. Os sucessivos problemas de controlo do sistema ditaram uma mudança estratégica no aquecimento desses bicos, passando a ser usadas resistências elétricas anelares. No entanto, esta mudança veio a apresentar problemas inesperados, os quais se vieram inclusivamente a tornar em problemas de segurança, devido ao desgaste interior prematuro dos bicos, os quais apresentaram esmo problema de rotura. Paralelamente, todos os parâmetros relacionados com este processo de fabrico estavam também estudados de forma algo incipiente, pelo que se tornou necessário compreender e dissecar todas as variáveis relacionadas com o processo e implementar sistemas que impedissem o ajuste não controlado dos parâmetros por parte dos operadores. Também os moldes foram alvo de ações de melhoria, com vista a evitar problemas na zona de contacto do bico com o molde. O processo foi analisado em pormenor, permitindo um controlo muito mais apurado do mesmo. Os resultados fizeram sentir-se de forma imediata, graças ao trabalho desenvolvido neste estudo e à abertura demonstrada pela empresa para implementar todas as soluções propostas. O resultado final traduz-se num incremento significativo da segurança para os operadores, num controlo muito mais apurado de todos os parâmetros envolvidos no processo, numa maior garantia da qualidade nos produtos injetados em ZAMAK e em ganhos financeiros significativos para a empresa.

Projeto e desenvolvimento de células robotizadas para soldadura e cladding

A utilização de equipamentos robóticos para o processo de soldadura por arco elétrico teve um forte crescimento nas décadas de 80 e 90, altura em que o custo e fiabilidade da tecnologia passou a permitir a integração de robôs em linhas de produção ou em células de fabrico. Depressa cresceram as exigências de uma produção com qualidade repetitiva e facilmente ajustável, e as restrições ao uso de processos manuais ou de tecnologias com pouca flexibilidade. Desde o início do século XXI que a renovação de uma estação de fabrico de peças soldadas para produção em série, especialmente no setor automóvel, parece forçada à integração de robôs industriais, que assim se tornaram símbolos de produtividade. A KAMAZ encontra-se atualmente a renovar alguns dos seus processos de fabrico, incluindo as áreas de soldadura por arco ou cladding. Esta Dissertação aborda o trabalho elaborado, depois de contratualizada com a ABB Rússia a instalação de novas células de fabrico robotizado nesta empresa. Este projeto tem início com o levantamento das necessidades, a verificação do processo existente, e a procura da solução tecnológica que se adapte a essas condições e cumpra os requisitos acordados. São realizadas modelações e simulações off-line em 3D, usando o software RobotStudio da ABB, que permitiram testar cada solução e analisar a sua adequação e viabilidade. Para maior garantia de se obter a qualidade esperada na fusão e deposição do material por processo com arco elétrico revestido a gás, foram realizados testes reais utilizando equipamento robótico em condições baseadas nos testes feitos no ambiente virtual. Por último, são ajustadas as localizações dos postos de trabalho ao layout existente e é feito o balanceamento do tempo de operação manual com o tempo do processo robotizado. Este projeto de Tese termina com a aceitação do cliente para a solução encontrada e para os resultados dos testes reais de ambos os processos.