Simulação numérica da interação de ondas com um quebra-mar poroso utilizando o código OpenFoam

O principal objetivo desta dissertação é explorar o potencial do código OpenFoam, no estudo de problemas de engenharia costeira, mais especificamente a interação de ondas com quebra-mares porosos. Neste sentido, inicialmente é realizada a validação do código numérico porousInterFoam, onde é estudada a dependência de malha e de modelos de turbulência. Conclui-se que os resultados numéricos obtidos apresentam uma boa correlação com os experimentais. Em seguida é feita uma comparação com outros códigos numéricos, nomeadamente o porousWaveFoam e o IHFOAM onde se verificam resultados idênticos. Por fim, é realizada uma simulação através do porousWaveFoam, da interação de uma onda regular com um quebra-mar poroso, e conclui-se, comparando os resultados obtidos com os resultados dos ensaios experimentais no Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC), que a elevação da superfície livre é bem modelada.

Desenvolvimento de um modelo computacional para simulação de limitadores de corrente supercondutores indutivos

As redes do sistema de energia elétrica formam uma infraestrutura determinante para a qualidade da energia fornecida. À medida que os níveis de falha de corrente aumentam, surge um risco crescente de que tais falhas excedam a capacidade de proteção dos dispositivos energéticos, expondo as redes a danos muito dispendiosos. A tecnologia dos materiais supercondutores de alta temperatura possibilitou a criação de uma nova gama de limitadores de corrente, cujas características são consideravelmente vantajosas face aos dispositivos convencionais. Apesar da necessidade de um sistema criogénico, estes dispositivos operam de forma passiva, limitando eficazmente os picos de corrente e sem a interrupção do fornecimento de energia. Com este trabalho pretende-se desenvolver um modelo computacional, em Simulink, adequado à simulação de limitadores de corrente supercondutores do tipo indutivo (LCSi) de blindagem magnética, que possam ser utilizados na simulação de diferentes tipos de redes (com distintas cargas e fontes).

Simulação de uma linha de produção com elevada variabilidade: uma abordagem Teoria das Restrições/DBR

A exigente corrida pela satisfação do cliente conduziu as organizações a uma generalizada aplicação de metodologias de melhoria contínua. Não obstante, frequentemente as expectativas não são correspondidas, levando ao insucesso destas aplicações. Para solucionar o problema vários autores defendem uma integração entre a Teoria das Restrições, Lean e Seis Sigma, denominada TLS. Ao invés de atacar, simultaneamente, todos os problemas do sistema, as equipas de melhoria devem focar-se nos elementos que impedem a organização de atingir o seu propósito. Nesta integração a Teoria das Restrições fornece o foco na restrição, ao passo que o Lean e Seis Sigma facultam as ferramentas necessárias à implementação da melhoria, através da redução de desperdícios e variação nos pontos de alavancagem do sistema. Na sua aplicação aos sistemas produtivos, o Drum-Buffer-Rope (DBR) é um mecanismo fundamental para lidar com a variabilidade e potenciar o Throughput do sistema. A presente dissertação é baseada na linha de produção da Fábrica de Transformadores Siemens do Sabugo. Recorreu-se à simulação para construir um modelo da linha de produção, identificar as restrições do sistema, verificar o impacto que a variabilidade tem no mesmo, dimensionar os seus recursos e simular as potenciais melhorias da aplicação do DBR. Para obter uma representação fiel do sistema real foi imprescindível observar o sistema, recolher dados correspondentes ao input no modelo e desenvolver uma análise criteriosa dos mesmos. Em linhas com elevada variabilidade decorrente de uma produção por encomenda, a análise do input ganha maior importância. Para tal foi proposta uma metodologia recorrendo a métodos de inferência estatística. Os resultados do estudo indicam as melhorias obtidas com a introdução do DBR na linha de produção e validam a simulação como poderosa ferramenta no apoio à tomada de decisão.

Jogos Sérios para a Saúde

Alguns jogos têm como objectivo a competição, outros a aprendizagem, uns jogam-se em grupo, outros individualmente. No entanto, todos têm um factor comum, ou seja, a experiência que se retira do momento é única. Seja esta experiência positiva ou negativa vai servir de aprendizagem nem que seja apenas das regras e mecânicas do dispositivo. Os Serious Games simulam situações ou processos do mundo real que são elaborados com o propósito de resolver um problema. Muitas vezes estes sacrificam o divertimento e o entretenimento com o objectivo de alcançar um tipo de progresso desejado para o jogador. Tal como no passado, e tendo em conta o desenvolvimento exponencial da tecnologia, os Serious Games podem agora ter um papel fundamental no desenvolvimento de novas terapias e ferramentas de saúde. É precisamente a olhar para o presente, e com os olhos no futuro dos Serious Games aplicados à saúde, que foi desenvolvida esta investigação. Como complemento, é também apresentado o projecto Typlife. Destinado a jovens com diabetes, é um projecto académico que tem como objectivo o desenvolvimento de uma aplicação para smartphone para o controlo da diabetes, enquanto envolve o utilizador numa experiência interactiva de recompensas pelas boas práticas no dia-a-dia.

Simulação de comportamento de fogo em zonas florestais no alentejo central : comparação de modelos de combustível

Anualmente os incêndios florestais causam prejuízos por territórios por todo o mundo. Nas últimas décadas, estudos sobre o comportamento do fogo e avanços em tecnologias SIG, deram origem a modelos matemáticos de previsão e à sua inserção em sistemas informáticos de simulação de comportamento e propagação de fogo. A utilização destes necessita da caracterização das variáveis que determinam o comportamento do fogo: variáveis topográficas, condições meteorológicas e combustível vegetal. A vegetação assume-se como a única variável que pode ser controlada através de medidas de gestão e a mais estudada por todo o mundo. A sua caracterização é geralmente efetuada através de modelos de combustível, que consiste num conjunto de propriedades quantificáveis utilizadas nos modelos de comportamento do fogo. Através da utilização do simulador FARSITE, foi efetuada a simulação de comportamento de fogo em áreas de ocorrência de incêndios florestais localizadas na região do Alentejo Central, Portugal, recorrendo a diversos conjuntos de modelos de combustível para caracterizar a vegetação. Os resultados evidenciam, no geral, um maior rigor dos modelos de combustível customizados na caracterização da vegetação da área de estudo.

Modelação não-linear do comportamento de vigas-parede

Com a evolução dos recursos computacionais e o desenvolvimento dos modelos constitutivos disponíveis na avaliação do comportamento estrutural de elementos de betão armado, é comum recorrer-se cada vez mais a modelos numéricos que consideram a não-linearidade física e geométrica. As simulações numéricas obtidas com recurso a este tipo de modelos computacionais permitem obter um historial completo do comportamento estrutural, desde o início da aplicação do carregamento, até ao colapso total da estrutura. Contudo, verifica-se que em zonas de descontinuidade geométrica em estruturas de betão armado, a evolução do padrão de fendilhação é um fenómeno relativamente complexo, cuja simulação numérica representa um desafio considerável. O objectivo deste trabalho é o de verificar a aplicabilidade do Método dos Elementos Aplicados no estudo do desenvolvimento do padrão de fendilhação em paredes de betão armado, solicitadas por um carregamento monotónico. Foi analisado um conjunto de dez paredes, todas com uma abertura que provoca uma zona de descontinuidade geométrica e, consequentemente, um padrão de fendilhação mais complexo. Cada parede tem uma pormenorização de armadura diferente, permitindo verificar a fiabilidade do modelo computacional. Os resultados numéricos foram comparados com ensaios experimentais realizados por Bounassar Filho [8], permitindo tirar conclusões sobre as vantagens e as limitações deste método, quando aplicado ao estudo de estruturas de betão armado solicitadas por cargas monotónicas.

Modelo de estrutura organizacional baseado nos princípios do pensamento Lean

No caminho da competitividade, a gestão das Organizações tornou-se cada vez mais complexa. Como observaremos ao longo do trabalho, a complexidade resulta da realidade interna das Organizações mas, acima de tudo, do ambiente organizacional que condiciona fortemente a realidade interna. Para responder às diferentes solicitações, requisitos e pressões concorrenciais a integração tem-se mostrado uma vantagem competitiva para as Organizações que nesta ferramenta têm apostado, obtendo melhores resultados de produtividade e de motivação dos recursos humanos. Paralelamente à continua integração de diferentes aspectos, as Organizações têm procurado concentrar-se no seu core business e passar para outsourcing as actividades de apoio à sua missão, visando “emagrecer” a Organização mas mantendo ou melhorando os rácios de eficácia e eficiência. Para tanto, há que actuar sobre a Estrutura Organizacional concebendo uma gestão integrada de todas as actividades de suporte, visando libertar recursos para o cumprimento da missão da Organização. O presente trabalho visa apresentar uma Estrutura Organizacional que, assentando na Logística Estratégica e considerando os princípios do Pensamento Magro, permitirá a integração dos processos de suporte e a clarificação dos processos da missão, logo da competitividade da Organização. A análise detalhada das diferentes estruturas organizacionais conhecidas e normalmente implementadas nas Organizações, permitiu perceber que estas estruturas precisam de evoluir por forma a permitirem uma melhor resposta aos ambientes organizacionais mais turbulentos e complexos. Como resultante conceptual do presente trabalho alcançámos a Estrutura Organizacional Lean (EOL) com vantagens potenciais significativas nomeadamente ao nível da redução dos desperdícios organizacionais e da agilidade organizacional, sendo possível esperar um melhor desempenho organizacional. Para o desenvolvimento do trabalho recorremos à Soft Systems Methodology (SSM), aplicando, de forma simulada, o modelo numa empresa referência no mercado e avaliando o desempenho estimado com a aplicação do modelo à realidade organizacional em questão. Os resultados obtidos podem ser considerados muito interessantes segundo as vertentes da Eficácia, Eficiência, Efectividade, Ética e Elegância (5E’s).

Simulação e otimização da coluna de vácuo II da refinaria de Sines

O trabalho realizado foi desenvolvido no âmbito de um estágio curricular de seis meses realizado na Refinaria de Sines da Galp Energia. O principal objetivo foi a otimização da maior coluna de destilação de vácuo existente, uma vez que com o início do funcionamento de novas unidades, como é o caso do Hydrocraker, a produção de gasóleo de vácuo na Refinaria não é suficiente para assegurar a carga das unidades sendo necessário importar, diminuindo assim as margens das unidades. Foi implementada a simulação da coluna de destilação de vácuo II em ASPEN PLUS® para o caso de design, usando as condições de operação que o licenciador usou nas suas simulações para o re-vamping da unidade. Posteriormente foi efetuada a implementação para o caso de Test Run, em que são verificadas as produções projetadas para a coluna, e foram implementados na coluna 4 casos de operação real, onde foram recolhidos os dados de operação e comparadas as características dos produtos simulados com os resultados obtidos nos ensaios das amostras efetuados pelo Laboratório. No caso de design verifica-se que o modelo representa de forma aceitável as características dos pro-dutos extraídos. Tanto para o caso de Test Run como para os casos reais verifica-se que o modelo representa, na maioria dos casos, as características do destilado e do HVGO nas partes finais das destilações destes produtos, enquanto que o modelo representa as características do LVGO na fase inicial da destilação. Para otimização da coluna de vácuo verificou-se que os parâmetros com maior influência na produção de gasóleo de vácuo são a temperatura da zona de flash da coluna e o caudal de vapor de stripping introduzido no fundo da coluna.

Modelação física da interacção onda-estrutura em fundo arenoso

Nesta dissertação estudou-se, em modelo físico reduzido, a interacção da agitação marítima com uma estrutura marítima submersa, composta por blocos, assente em solo arenoso e assente em enrocamento. A estrutura, no protótipo, é composta por três módulos destacados e submersos, constituídas por blocos, situados na Praia de Santa Maria del Mar em Cadiz, Espanha, para assegurar a protecção costeira contra a erosão. No entanto, esta função não foi cumprida já que os blocos começaram a assentar e afundar-se no solo logo após a sua colocação. Com o objectivo de avaliar a estabilidade dos blocos submersos e a alteração do perfil do fundo em torno da estrutura submersa, para diferentes condições de agitação, para dois níveis de maré (baixa-mar e preia-mar) e com a estrutura assente em dois materiais diferentes, realizaram-se ensaios em modelo físico reduzido num tanque de ondas do Departamento de Hidráulica e Ambiente do Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC). Iniciou-se a modelação física do caso de estudo considerando as escalas necessárias a aplicar ao modelo, no que respeita às dimensões da estrutura modular, ao material sedimentar e sua granulometria, aos níveis de maré e condições de agitação a ensaiar. Definidos os parâmetros mencionados, procedeu-se à construção do modelo e à realização dos ensaios, onde se quantificaram a alteração do fundo e o deslocamento dos blocos através do levantamento de cotas após o ensaio de cada condição de agitação. Os levantamentos efectuados foram realizados por dois métodos diferentes, com recurso a um hidrómetro e através de fotogrametria, de forma a testar a aplicabilidade deste último método em situações de fundo móvel. Através dos resultados obtidos pelos levantamentos, verificou-se que a condição de agitação correspondente a um clima de tempestade foi a que mais influenciou o comportamento dos blocos, que afundaram cerca de 0,6 m (à escala do protótipo). Relativamente às alterações do fundo, ao longo dos ensaios verificou-se um fenómeno de erosão inicial a sotamar da estrutura até o fundo atingir o seu equilíbrio na presença da estrutura submersa sujeita a condições de agitação energéticas, havendo posteriormente ligeiras deposições. Como expectável, em termos de maré, as diferenças de variações de cota do fundo foram mais perceptíveis em baixa-mar do que em preia-mar, já que com um nível de maré superior a estrutura interfere menos com a agitação marítima e consequentemente com o fundo. Relativamente ao material de fundo, a colocação de gravilha em vez de areia, sob a estrutura e a sotamar desta, limita consideravelmente quer as alterações registadas no fundo quer os assentamentos da estrutura.

Requalificação de um espectrómetro Kratos XSAM 800 para espectroscopia de fotoelectrões de Raios-X

A espectroscopia de fotoelectrões de raios-X (XPS - X-ray Photoelectron Spectroscopy)é uma das técnicas de análise de superfícies mais importantes e mais usadas em diversasáreas científico-tecnológicas e industriais. Com ela é possível determinar quantitativa equalitativamente a composição elementar e a composição química aproximada, respectivamente,e estrutura electrónica dos elementos presentes para diferentes tipos de materiais. O laboratório de ciência de superfícies do Departamento de Física da FCT-UNL encontra-se equipado com um sistema de ultra-alto vácuo Kratos XSAM 800 contendo a instrumentação necessária para se realizar XPS. No entanto, o equipamento precisava de uma requalificação. O controlo e aquisição de dados do espectrómetro era feito por um computador PDP11 de 16-bits que actualmente não é comercializado e não tem qualquer suporte técnico por parte do fabricante. Foi substituído por um computador moderno e por uma placa genérica de aquisição de dados. Para que a análise quantitativa pela técnica de XPS seja precisa, é necesssário fazer a caracterização do sistema. Isso implica o conhecimento de parâmetros como a função de transmissão do espectrómetro e a linearidade da resposta do sistema de detecção. Foi feito um estudo da linearidade da resposta do sistema de detecção e determinou-se experimentalmente a função de transmissão do espectrómetro. Os resultados obtidos para a função de transmissão mostraram estar qualitativamente de acordo com os resultados obtidos por outros na literatura. A transmissão da coluna óptica do analisador de energia de electrões foi posteriormente submetida a um processo de optimização, através da implementação de um algoritmo evolutivo diferencial para optimização de funções, recorrendo a linguagem de programação gráfica LabVIEWTM.

Estudo numérico da interação de ondas com um quebra-mar poroso utilizando o código IHFOAM

A presente dissertação tem como principal objetivo a validação da ferramenta IHFOAM do código OpenFOAM para problemas de interação de ondas com estruturas costeiras porosas, concretamente a interação de ondas com o quebra-mar poente do porto de pesca de Albufeira. Numa primeira parte deste trabalho analisa-se o comportamento do código com malhas de diferentes tipos, mais especificamente, estuda-se os efeitos sobre o escoamento de uma malha não estruturada no meio poroso em relação a uma malha estruturada. Isto é de extrema importância, devido ao tempo dispensado na construção de uma malha estruturada com elementos rectangulares. É ainda estudada a dependência da simulação numérica com o modelo de turbulência. O estudo mostra que os efeitos dos diferentes tipos de malha na zona porosa influenciam pouco o escoamento, sendo aceitável o recurso a malhas não estruturadas na zona porosa, em contraste com a escolha do modelo de turbulência que se mostra muito importante para a simulação. Numa segunda parte, são calibrados os parâmetros do meio poroso usados pelo modelo numérico. Apresenta-se o método utilizado para a calibração dos parâmetros e são estudados os seus efeitos sobre o comportamento hidráulico da estrutura. O estudo é realizado com duas alturas de ondas, uma altura de onda que não gera galgamento e uma altura de onda que gera galgamento. Foram colocadas várias sondas numéricas ao longo de um canal de ondas que medem a elevação de superfície livre simulada. Para os ensaios com galgamento, mediu-se a altura da água galgada e o volume galgado, podendo-se assim estudar os efeitos dos parâmetros do meio poroso do quebra-mar sobre o galgamento. A calibração sequencial dos parâmetros mostrou-se muito eficaz, gerando resultados muito bons. Ao longo do estudo entende-se a forte dependência do comportamento hidrodinâmico da estrutura, dos parâmetros e a necessidade de os calibrar, para cada caso estudado. Conclui-se que o IHFOAM é muito interessante para o estudo numérico de interação de onda-estrutura porosa, obtendo resultados satisfatórios para a superfície livre dentro e fora do quebra-mar. O galgamento, sendo um processo muito rápido, foi razoavelmente simulado e captado pelo código.

Comercialização de energia em mercados em bolsa: simulador multi-agente e análise do impacto da geração variável nos preços diários

O processo de reestruturação do setor elétrico deu origem à criação de diferentes estruturas de mercado, tendo como objetivo o aumento da competitividade e eficiência. Atualmente, a comercialização de energia elétrica pode ser realizada com recurso a mercados em bolsa ou através da celebração de contratos bilaterais. Sendo o mercado em bolsa caraterizado por uma forte volatilidade de preços, e considerando a atribuição de incentivos para o crescimento da geração renovável não controlada, revela-se importante analisar o impacto de níveis elevados de energia eólica sobre os preços do mercado diário. Neste contexto, a presente dissertação tem como principais objetivos estudar e implementar os algoritmos de preço marginal único e preço marginal local, normalmente utilizados no mercado em bolsa, bem como dotar o simuladormultiagente MANREM com um módulo para simular os mercados diário e intradiário, e analisar o impacto de níveis elevados de energia eólica sobre os preços do mercado diário. O estudo detalhado de um caso prático e os resultados obtidos com recurso ao simuladormulti-agente permitiram replicar, em computador, o impacto esperado, sendo possível observar uma redução de preços e uma alteração dos compromissos de produção dos produtores convencionais. O estudo contemplou a simulação do mercado diário com recurso aos algoritmos de preço marginal único e preço marginal local, podendo constatar-se que a ferramenta multi-agente constitui um auxiliar importante à tomada de decisão nos mercados de eletricidade.

Ferramenta de simulação para robô industrial

Actualmente, os meios de produção industrial estão em constante desenvolvimento, de forma a corresponderem a um mercado cada vez mais globalizado, caracterizado por uma forte competição, uma pressão na redução de custos, e a existência de produtos e serviços personalizados. Entretanto, ao nível de equipamento de robótica, também se tem notado esta pressão por parte do mercado, exigindo-se equipamento com uma complexidade crescente, tanto ao nível da sua morfologia, do seu controlo e da sua utilização. Ao nível da sua utilização, tornou-se então necessário adoptar abordagens que permitam um maior controlo quanto a falhas de manuseamento e respectiva modelação destes robôs. Uma destas abordagens é a simulação. A simulação é uma das áreas com maior crescimento a nível tecnológico, sendo utilizada em várias áreas de tecnologia e informação devido à sua capacidade de adaptação, tornando-se numa área bastante dinâmica e flexível. Dentro dum contexto de robôs industriais, as aplicações mais típicas consistem na programação “offline” de robôs e na aprendizagem de robótica, tendo como objectivo estudar e analisar os comportamentos de determinados sistemas, com o intuito de reduzir a necessidade de intervenção humana em tarefas repetitivas, perigosas e dispendiosas. Além disso, a simulação está também presente na computação informática nas salas de aulas, por forma a auxiliar o professor. Foi então idealizado um sistema de simulação capaz de imitar um robô industrial em que os alunos terão que conseguir controlar, para que os vários testes sejam primeiramente implementados no simulador, diminuindo assim, o risco de causar acidentes no seu congênere real durante a fase de testes. O sistema consiste numa interface em que possibilita ao utilizador fazer um controlo manual do robô simulado, assim como ser capaz de o controlar por comandos requisitados por uma aplicação exterior através de serviços WEB, permitindo assim, a simulação de vários testes no robô industrial em causa.