Projeto iterativo, simulação, análise e otimização de máquina a relutância variável monofásica

Variable reluctance motors have been increasingly used as an alternative for variable speed and high speed drives in many industrial applications, due to many advantages like the simplicity of construction, robustness, and low cost. The most common applications in recent years are related to aeronautics, electric and hybrid vehicles and wind power generation. This paper explores the theory, operation, design procedures and analysis of a variable reluctance machine. An iterative design methodology is introduced and used to design a 1.25 kW prototype. For the analysis of the machine two methods are used, an analytical method and the finite element simulation. The results obtained by both methods are compared. The results of finite element simulation are used to determine the inductance profiles and torque of the prototype. The magnetic saturation is examined visually and numerically in four critical points of the machine. The data collected in the simulation allow the verification of design and operating limits for the prototype. Moreover, the behavior of the output quantities is analyzed (inductance, torque and magnetic saturation) by variation of physical dimensions of the motor. Finally, a multiobjective optimization using Differential Evolution algorithms and Genetic Algorithms for switched reluctance machine design is proposed. The optimized variables are rotor and stator polar arcs, and the goals are to maximize the average torque, the average torque per copper losses and the average torque per core volume. Finally, the initial design and optimized design are compared.

Metodología multiobjetivo aplicada a análisis de datos

En este trabajo, se realiza una presentación unificada de la Programación Multiobjetivo, describiendo y relacionando los distintos conceptos de solución y exponiendo las distintas técnicas de solución. Se formula el problema multiobjetivo mediante una séxtupla, (O, V, X, f, Y, EP), que permite unificar los muy diversos problemas multiobjetivo que surgen en distintos ámbitos. O representa el conjunto de objetos inicial, V representa el conjunto de las características relevantes que se miden sobre los objetos, X es el espacio de alternativas, f representa la familia de objetivos, Y es el espacio de resultados y EP es la estructura de preferencias del decisor. A partir de esta formulación, se realiza un amplio estudio de los distintos problemas multiobjetivo. Además, se aplica la metodología multiobjetivo a dos problemas concretos de gran interés práctico. En primer lugar, se aborda el problema de seleccionar el mejor tratamiento, cuando sobre las unidades experimentales, elegidas de forma aleatoria, se observan varias variables respuesta. Se consideran Modelos Discretos, Modelos Continuos Paramétricos y Modelos No Paramétricos. El último capítulo del trabajo, se dedica al estudio del problema multiobjetivo que se presenta cuando se desea representar, un conjunto finito de objetos, sobre la recta real, de forma que se refleje, lo más fielmente posible, la desemejanza de cada par de objetos. En el caso de que la desemejanza cumpla la propiedad de ser naturalmente ordenable, se ha diseñado y programado, un algoritmo, en tiempo polinomial, que obtiene la solución óptima del problema...

Gestão de projetos repetitivos com incorporação do efeito de aprendizagem: desenvolvimento de heurísticas numa análise multiobjetivo

É amplamente aceite que a produtividade do Homem na execução de tarefas repetitivas aumenta à medida que as mesmas vão sendo efetuadas sucessivamente. Daqui se depreende o porquê de ser muito comum ouvir-se a célebre expressão de que “é a prática que leva à perfeição”. Na gestão de projetos, é costume fazer-se a alusão a esta convicção natural designando-a por efeito de aprendizagem. Reconhecendo a sua importância, esta dissertação terá como questão central o problema da gestão de projetos repetitivos, num contexto em que a possibilidade dos mesmos serem executados em paralelo coexiste com a possibilidade de colher os benefícios resultantes do efeito de aprendizagem. De facto, entrar em linha de conta com o fator aprendizagem poderá contribuir decisivamente para melhorar as estimativas de duração e custo inerentes à execução de vários projetos repetitivos sucessivamente, beneficiando a precisão dos processos de orçamentação e calendarização e, em última instância, promovendo a competitividade negocial das empresas junto dos seus parceiros de negócio/clientes. Este último aspeto torna-se essencial seja qual for a estratégia de negócio que a empresa prossiga. Sendo claro o interesse deste tema, para concretizar o objetivo desta investigação, foi utilizado um novo modelo de programação matemática multiobjetivo, desenvolvido por Gomes da Silva & Carreira (2016), que considera explicitamente a possibilidade de analisar os trade-offs estratégicos entre tempo, custo e qualidade, incidindo simultaneamente sobre o efeito de aprendizagem. Neste modelo, o gestor de projetos terá de determinar o número de equipas que irá executar cada atividade dos vários projetos repetitivos. Esta decisão implica, naturalmente, consequências diretas nas três dimensões referidas anteriormente e é da sua interação tipicamente conflituante que advém a complexidade deste problema. Devido à complexidade do modelo, foram desenvolvidas e aplicadas quatro heurísticas que têm por base algumas regras de prioridade, através das quais se pretendeu gerar aproximações à fronteira de Pareto do problema. As heurísticas foram posteriormente implementadas em dois exemplos específicos, de modo a ilustrar a sua aplicação, e foi possível verificar a sua relevância e capacidade para gerarem uma boa aproximação da fronteira de Pareto. Assim sendo, é necessária investigação adicional, no sentido de averiguar se os resultados aqui alcançados se mantêm válidos para outro tipo de redes e parâmetros.

Otimização energética de sistemas de arejamento e agitação

Este estágio foi desenvolvido na Águas do Oeste, no período compreendido entre outubro de 2013 e julho de 2014, tendo como objetivo a otimização energética dos sistemas de arejamento e agitação. A importância deste tema deve-se ao fato de estes sistemas serem responsáveis por cerca de 70% do consumo de uma ETAR. Identificaram-se possíveis equipamentos a intervencionar e através de pesquisa bibliográfica e consulta de experts possíveis soluções em termos de eficiência energética, sendo apresentado neste relatório um resumo das soluções identificadas. Neste estudo foram avaliados vários casos de estudo em ETAR que servem como base para muitas outras da concessão da Águas do Oeste. Nestas ETAR foram testadas algumas das soluções identificadas. Desta análise conclui-se que tanto a agitação como o arejamento efetuado na maioria das ETAR é inflexível a variações de carga e/ou excessivo existindo assim oportunidades de otimização tanto na diminuição de equipamentos por tanque como no corte de potência de arejamento e de agitação e na limpeza dos difusores, é muito importante para repor a eficiência de transferência dos mesmos em condições muito semelhantes às de origem (deve ser efetuada regularmente num período que dependerá de ETAR para ETAR). A etapa de desidratação na ETAR da Atouguia da Baleia pode com pequenas alterações ser efetuada sem acompanhamento, ou seja em períodos noturnos, podendo-se assim reduzir o tempo de funcionamento do agitador e arejador do tanque de lamas que atualmente funcionam em contínuo. Concluiu-se ainda que a otimização dos sistemas de arejamento e agitação é uma área onde existe um longo caminho a percorrer, onde há muito por testar e aplicar e que muitas vezes também passa por mudança de perceções da realidade e comportamentos.

Otimização de uma metodologia para análise mineralógica racional de argilominerais

VARELA, M.L. et al. Otimização de uma metodologia para análise mineralógica racional de argilominerais. Cerâmica, São Paulo, n. 51, p. 387-391, 2005.

Otimização de um Decatador/Floculador de Placas Planas Verticais Empregando-se Traçadores Radiotivos

É apresentada metodologia para estudos e avaliações em tempo real, de unidades de estações de tratamento de esgoto (ETE) empregando-se traçadores radioativos. (...)

Avaliação e Otimização de um Tanque Decantador de Placas Paralelas Verticais Empregando-se Traçadores Radioativos

É apresentada metodologia para estudos e avaliações em tempo real, de unidades para dedantação de particulados sólidos em estações de tratamento de esgoto (ETE) empregando-se traçadores radioativos. Um tanque decantador foi construído e os testes foram realizados usando-se 110mAg e 140La na marcação da fase sólida do esgoto e a técnica permitiu levantar-se a curva resposta da unidade e as funções distribuição do tempo de residência (RTD) para diversas situações experimentais e também identificar problemas operacionais que interferem na qualidade final do processo de tratamento do efluente. Os resultados serviram como diretriz para elaborar uma nova configuração da unidade, tornando-a mais eficiente.

Otimização do comportamento térmico de edifícios do tipo LSF

No panorama energético atual, medidas de desenvolvimento sustentável têm uma preponderância cada vez mais significativa e, sendo os edifícios responsáveis por 40% da energia consumida na EU, enquadra-se o desafio de integrar medidas de eficiência energética nos novos edifícios desde a fase de conceção. Sendo que este setor se encontra em contínua expansão, a redução dos consumos passará largamente pela otimização do comportamento térmico dos edifícios e dos sistemas energéticos que os equipam. No presente trabalho estudou-se o papel da inércia térmica na redução das necessidades de energia para climatização de edifícios com o objetivo de identificar estratégias destinadas ao melhoramento do comportamento térmico e desempenho energético de edifícios construídos com recurso à técnica construtiva LSF, caracterizados por uma fraca inércia térmica quando comparados com edifícios em tudo semelhantes mas construídos recorrendo a tecnologias convencionais sem esquecer as questões relacionadas com a respetiva viabilidade económica. Com resultado geral destaca-se desde logo a importância do local onde é mais benéfico adicionar massa térmica (paredes exteriores, cobertura, paredes interiores), assim como a necessidade de utilização de um material com elevada densidade energética e baixo custo. A análise comparativa dos diferentes modelos de edifício simulados com recurso ao software DesignBuilder/EnergyPlus, foi realizada recorrendo a uma metodologia em que cada modelo construtivo é avaliado considerando quatro níveis de isolamento térmico e duas condições de cargas térmicas internas. A análise energética e económica foi realizada tendo como referência um período de 20 anos. O custo das soluções construtivas foi maioritariamente obtido através da ferramenta computacional Gerador de Preços, da Cype, SA©, tendo-se considerado um consumo energético anual constante e igual às necessidades de climatização anuais, assim como taxas de atualização de capital e de inflação do custo da energia constantes. De uma forma geral conclui-se que edifícios do tipo LSF melhorados através da adição criteriosa de massa térmica em determinados elementos construtivos, apresentam necessidades de climatização anuais na maioria dos casos estudados, inferiores àquelas verificadas em edifícios convencionais com inércia térmica média/forte. Conclui-se, também, que o método construtivo LSF se apresenta mais eficaz em termos energéticos e económicos quando comparado com soluções semelhantes construídas com recurso a um método convencional. Na secção seguinte são identificadas as principais conclusões deste trabalho.

Viabilidade do biodiesel de microalgas: otimização de técnicas de extração

Os problemas relacionados com o consumo energético e as emissões de poluentes relativas ao setor dos transportes representam seguramente a maior preocupação ao nível Europeu no que respeita aos gases com efeito de estufa e à poluição atmosférica. Uma das formas de resolver/minimizar estes problemas é através da aposta em combustíveis alternativos. Em particular, os biocombustíveis poderão ser uma alternativa interessante aos combustíveis convencionais. As microalgas, como matéria-prima para produção de biodiesel, apresentam-se com excelentes perspetivas de futuro e com vantagens competitivas no campo das energias renováveis. É nesta perspetiva que se enquadra o presente trabalho, cujos objetivos consistiram na extração de biodiesel a partir de microalgas secas (Nannochloropsis gaditana e Scenedesmus sp.) e na otimização das respetivas técnicas de extração lipídica. Verificou-se que, em função dos métodos e condições utilizadas, a espécie Nannochloropsis gaditana apresenta um potencial de produção de biodiesel superior à espécie Scenedesmus sp. (eficiências de extração de 24,6 (wt.%) e 9,4 (wt.%) respetivamente). Um método de rotura celular conjugado com o processo de extração lipídica via solvente orgânico é essencial, pois conseguiu-se um acréscimo de 42% no rendimento de extração, sendo 10 minutos o tempo ideal de operação. Solventes como o metanol e sistema de solventes diclorometano/metanol mostraram ser mais eficazes quando se pretende extrair lípidos de microalgas, com valores de eficiência de remoção de 30,9 (wt.%) e 23,2 (wt.%) respetivamente. De forma a valorizar os resultados obtidos no processo de extração recorreu-se à sua conversão em biodiesel através da transesterificação catalítica ácida, onde se obteve uma eficiência de conversão de 17,8 (wt.%) para a espécie Nannochloropsis gaditana.

Otimização de uma metodologia para análise mineralógica racional de argilominerais

VARELA, M.L. et al. Otimização de uma metodologia para análise mineralógica racional de argilominerais. Cerâmica, São Paulo, n. 51, p. 387-391, 2005.

Otimização da recolha de resíduos urbanos : caso de estudo de Aveiro

O elevado custo da operação de recolha de resíduos urbanos e a necessidade de cumprir metas dispostas em instrumentos legais são duas motivações que conduzem à necessidade de otimizar o serviço da recolha de resíduos. A otimização da recolha de resíduos é um problema de elevada complexidade de resolução que envolve a análise de redes de transporte. O presente trabalho propõe soluções de otimização da recolha de resíduos urbanos indiferenciados, a partir de um caso de estudo: o percurso RSU I 06 do município de Aveiro. Para este efeito, recorreu-se a uma aplicação informática de representação e análise geográfica: software ArcGIS denominada ArcMap e sua extensão Network Analyst, desenvolvida para calcular circuitos otimizados entre pontos de interesse. O trabalho realizado de aplicação do Network Analyst inclui a apresentação de duas das suas funcionalidades (Route e Vehicle Routing Problem). Em relação ao atual circuito de recolha e com base nos ensaios efetuados, foi possível concluir que esta aplicação permite obter circuitos de recolha otimizados mais curtos ou com menor duração. Contudo, ao nível da gestão permitiu concluir que, com a atual capacidade de contentorização, seria viável reduzir a frequência de recolha de seis vezes por semana para metade, dividindo a área de recolha em duas áreas, de acordo com as necessidades de cada local, reduzindo ainda mais o esforço de recolha. A aplicação do Network Analyst ao caso de estudo, permitiu concluir que é um software com muito interesse no processo de gestão da recolha de resíduos urbanos, apesar de apresentar algumas restrições de aplicação e que a qualidade/eficácia do procedimento de otimização depende da qualidade dos dados de entrada, em particular do descritivo geográfico disponível para os arruamentos e, em larga medida, também depende do modelo de gestão considerado.

Iluminação em ambientes fabris: otimização e análise técnica-e-económica

Esta Dissertação aborda a temática da eficiência energética em sistemas de iluminação fabris. Desde os primórdios da história da humanidade que a iluminação tem representado um papel importante. Não só garante condições de segurança, como começou por ser o intuito primordial das fogueiras pré-históricas, traduzindo-se num elemento de conforto. Atualmente seria impensável conceber as mais diversas atividades económicas e produtivas de um país sem iluminação. Nesse sentido a iluminação representa também um elemento fomentador de produtividade. Não é bem conhecido o impacto que a iluminação tem nos custos operacionais de uma unidade fabril. Principalmente por ser difícil de quantificar separadamente na fatura de eletricidade qual a percentagem correspondente à iluminação. Tipicamente estes custos podem ascender a 20% do orçamento global da autarquia em países desenvolvidos. Por esse motivo, o sector da iluminação tem investido esforço no sentido de promover melhores soluções de iluminação capazes de por um lado de satisfazer os requisitos do espaço a iluminar, e por outro propiciar soluções eficientes do ponto de vista energético. Estas soluções assentam essencialmente no uso de dispositivos mais eficientes (como por exemplo os LED´s ou as lâmpadas compactas fluorescentes) bem como em estratégias de controlo eficientes baseadas em dados sensoriais (como por exemplo deteção de movimento/presença). A combinação destas estratégias permite reduzir os consumos em cerca de 80% quando comparadas com soluções passivas. A empresa Amorim Cork Research Lda. é uma empresa prestadora de serviços ao universo das empresas da Corticeira Amorim, uma das maiores multinacionais de origem portuguesa. Teve origem no negócio da cortiça, em 1870, sendo hoje líder destacada no sector a nível mundial. Dada a dimensão da empresa e a sua subdivisão em várias Unidades Industriais com requisitos individuais, será expectável que a iluminação represente uma parte significativa da fatura de eletricidade. Atualmente, os vários setores encontram-se equipados com soluções de iluminação diferentes, na sua maioria empregando tecnologias passivas, noutros casos com dispositivos eficientes. Há algum interesse em migrar para soluções mais eficientes, em parte suportadas em DALI (com interface de comunicação PLC ou Zigbee).