Unlocking the technology-mediated learning process : insights and articulating actions for an institutional approach

This paper is part of the results from the project "Implementation Strategies and Development of an Open and Distance Education System for the University of the Azores" funded by the European Social Fund. http://hdl.handle.net/10400.3/2327

Maximização da produção de paraxileno

Pretendeu-se, com o presente trabalho, efectuar um estudo sobre a possibilidade de aumentar a produção de paraxileno na unidade processual existente na refinaria da Galp no Porto. Foram estudados o conjunto de colunas T-0306 e T-0307 e a coluna T-0303, recorrendo ao uso do AspenPlus, na realização da simulação do processo nas condições actuais e para a realização da análise de sensibilidade, que permitiu verificar se o equipamento existente possui capacidade para satisfazer as necessidades exigidas pelo processo quando se pretende aumentar a produção. Com a simulação do processo, foi verificado que este já se encontra a laborar em condições óptimas. Na realização da análise de sensibilidade foram variados para o conjunto T-0306 e T- 0307, o caudal de alimentação entre 62780 e 95000 kg/h, o caudal de destilado da T-0306 entre 15833 e 23911 kg/h e o caudal de destilado da T-0307 entre 139 e os 235 kg/h. No caso da T-0303, foi variado o caudal de refinado entre 201240 e 304600 kg/h, o caudal de destilado e o caudal da corrente lateral, variam entre 77290 a 116930 kg/h. Pretendeu-se obter soluções que conseguissem cumprir as especificações relativas aos produtos obtidos, nomeadamente paraxileno com uma pureza de 99,6% e uma recuperação de 99%, tolueno com uma pureza de 97% e uma recuperação de 90% (T-0306 e T-0307). No caso da T- 0303, obter paraxileno com uma pureza de 2,23% e paradietilbenzeno com uma pureza de 99,0% e ambos com uma recuperação de 99%. Para as simulações que cumpriram as especificações anteriores, verificou-se se a energia transferida em aeroarrefecedores, fornalhas e permutadores excedem em 25% o seu valor de projecto. Em caso afirmativo isso significou o acréscimo de uma peça de equipamento idêntica à existente. A análise de sensibilidade permitiu concluir a separação é possível para os caudais actuais de extracto e refinado e para um aumento destes de 32, 40 e 50%. Foi ainda possível concluir que para os caudais actuais é necessária a colocação de novos aeroarrefecedores para as colunas T-0306 e T-0303 e de uma nova fornalha para a coluna T-0303. Para um aumento dos caudais de 32% para além das alterações referidas anteriormente é necessária a colocação de um novo aeroarrefecedor na coluna T-0307 e de uma nova fornalha da coluna T-0306. Se aumentarmos os caudais em 40% será também necessário o acréscimo de permutadores para a coluna T-0307. Para o aumento de 50%, os calores de permuta são excedidos em bastante mais do que 25%, em todos os aeroarrefecedores, permutadores e fornalhas. Uma vez que todas as colunas se encontram a funcionar acima da sua capacidade, concluiu-se que em ambos os casos seria necessária a montagem de uma segunda linha em paralelo e igual à existente. Implicando com esta alteração um investimento total de 10.439.574,36€.

Produção de hidrogénio através da gasificação da biomassa

A procura de uma forma limpa de combustível, aliada à crescente instabilidade de preços dos combustíveis fósseis verificada nos mercados faz com que o hidrogénio se torne num combustível a considerar devido a não resultar qualquer produto poluente da sua queima e de se poder utilizar, por exemplo, desperdícios florestais cujo valor de mercado não está inflacionado por não pertencer à cadeia alimentar humana. Este trabalho tem como objetivo simular o processo de gasificação de biomassa para produção de hidrogénio utilizando um gasificador de leito fluidizado circulante. O oxigénio e vapor de água funcionam como agentes gasificantes. Para o efeito usou-se o simulador de processos químicos ASPEN Plus. A simulação desenvolvida compreende três etapas que ocorrem no interior do gasificador: pirólise, que foi simulada por um bloco RYIELD, combustão de parte dos compostos voláteis, simulada por um bloco RSTOIC e, por fim, as reações de oxidação e gasificação do carbonizado “char”, simuladas por um bloco RPLUG. Os valores de rendimento dos compostos após a pirólise, obtidos por uma correlação proposta por Gomez-Barea, et al. (2010), foram os seguintes: 20,33% “char”, 22,59% alcatrão, 36,90% monóxido de carbono, 16,05%m/m dióxido de carbono, 3,33% metano e 0,79% hidrogénio (% em massa). Como não foi possível encontrar valores da variação da composição do gás à saída do gasificador com a variação da temperatura, para o caso de vapor de água e oxigénio, optou-se por utilizar apenas vapor na simulação de forma a comparar os seus valores com os da literatura. Às temperaturas de 700, 770 e 820ºC, para um “steam-to-biomass ratio”, (SBR) igual a 0,5, os valores da percentagem molar de monóxido de carbono foram, respetivamente, 56,60%, 55,84% e 53,85%, os valores de hidrogénio foram, respetivamente, 17,83%, 18,25% e 19,31%, os valores de dióxido de carbono foram, respetivamente, 16,40%, 16,85% e 17,93% e os valores de metano foram, respetivamente, 9,00%, 8,95% e 8,83%. Os valores da composição à saída do gasificador, à temperatura de 820ºC, para um SBR de 0,5 foram: 53,85% de monóxido de carbono, 19,31% de hidrogénio, 17,93% de dióxido de carbono e 8,83% de metano (% em moles). Para um SBR de 0,7 a composição à saída foi de 54,45% de monóxido de carbono, 19,01% de hidrogénio, 17,59% de dióxido de carbono e 8,87% de metano. Por fim, quando SBR foi igual a 1 a composição do gás à saída foi de 55,08% de monóxido de carbono, 18,69% de hidrogénio, 17,24% de dióxido de carbono e 8,90% de metano. Os valores da composição obtidos através da simulação, para uma mistura de ar e vapor de água, ER igual a 0,26 e SBR igual a 1, foram: 34,00% de monóxido de carbono, 14,65% de hidrogénio, 45,81% de dióxido de carbono e 5,41% de metano. A simulação permitiu-nos ainda dimensionar o gasificador e determinar alguns parâmetros hidrodinâmicos do gasificador, considerando que a reação “water-gas shift” era a limitante, e que se pretendia obter uma conversão de 95%. A velocidade de operação do gasificador foi de 4,7m/s e a sua altura igual a 0,73m, para um diâmetro de 0,20m.

Otimização de estruturas de destilação azeotrópica com recurso a planeamento experimental

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

Climatização passiva em edifício de serviços

Dissertação Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil no Ramo de Edificações

Sistema de controlo de um veículo autónomo terrestre

A crescente necessidade imposta pela gama de aplicações existentes, torna o estudo dos veículos autónomos terrestres um objecto de grande interesse na investigação. A utilização de robots móveis autónomos originou quer um incremento de eficiência e eficácia em inúmeras aplicações como permite a intervenção humana em contextos de elevado risco ou inacessibilidade. Aplicações de monitorização e segurança constituem um foco de utilização deste tipo de sistemas quer pela automatização de procedimentos quer pelos ganhos de eficiência (desde a eficiência de soluções multi-veículo à recolha e detecção de informação). Neste contexto, esta dissertação endereça o problema de concepção, o desenvolvimento e a implementação de um veículo autónomo terrestre, com ênfase na perspectiva de controlo. Este projecto surge pois no âmbito do desenvolvimento de um novo veículo terrestre no Laboratório de Sistemas Autónomos (LSA) do Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP). É efectuado um levantamento de requisitos do sistema tendo por base a caracterização de aplicações de monitorização, transporte e vigilância em cenários exteriores pouco estruturados. Um estado da arte em veículos autónomos terrestres é apresentado bem como conceitos e tecnologias relevantes para o controlo deste tipo de sistemas. O problema de controlo de locomoção é abordado tendo em particular atenção o controlo de motores DC brushless. Apresenta-se o projecto do sistema de controlo do veículo, desde o controlo de tracção e direcção, ao sistema computacional de bordo responsável pelo controlo e supervisão da missão. A solução adoptada para a implementação mecânica da estrutura do veículo consiste numa plataforma de veículo todo terreno (motociclo 4X4) disponível comercialmente. O projecto e implementação do sistema de controlo de direcção para o mesmo é apresentado quer sob o ponto de vista da solução electromecânica, quer pelo subsistema de hardware de controlo embebido e respectivo software. Tendo em vista o controlo de tracção são apresentadas duas soluções. Uma passando pelo estudo e desenvolvimento de um sistema de raiz capaz de controlar motores BLDC de elevada potência, a segunda passando pela utilização de uma solução através de um controlador externo. A gestão energética do sistema é abordada através do projecto e implementação de um sistema de controlo e distribuição de energia específico. A implementação do veículo foi alcançada nas suas vertentes mecânica, de hardware e software, envolvendo a integração dos subsistemas projectados especialmente bem como a implementação do sistema computacional de bordo. São apresentados resultados de validação do controlo de locomoção básico quer em simulação quer descritos os testes e validações efectuados no veículo real. No presente trabalho, são também tiradas algumas conclusões sobre o desenvolvimento do sistema e sua implementação bem como perspectivada a sua evolução futura no contexto de missões coordenadas de múltiplos veículos robóticos.

Adaptive learning in agents behaviour: a framework for electricity markets simulation

Electricity markets are complex environments with very particular characteristics. A critical issue regarding these specific characteristics concerns the constant changes they are subject to. This is a result of the electricity markets’ restructuring, which was performed so that the competitiveness could be increased, but it also had exponential implications in the increase of the complexity and unpredictability in those markets scope. The constant growth in markets unpredictability resulted in an amplified need for market intervenient entities in foreseeing market behaviour. The need for understanding the market mechanisms and how the involved players’ interaction affects the outcomes of the markets, contributed to the growth of usage of simulation tools. Multi-agent based software is particularly well fitted to analyze dynamic and adaptive systems with complex interactions among its constituents, such as electricity markets. This dissertation presents ALBidS – Adaptive Learning strategic Bidding System, a multiagent system created to provide decision support to market negotiating players. This system is integrated with the MASCEM electricity market simulator, so that its advantage in supporting a market player can be tested using cases based on real markets’ data. ALBidS considers several different methodologies based on very distinct approaches, to provide alternative suggestions of which are the best actions for the supported player to perform. The approach chosen as the players’ actual action is selected by the employment of reinforcement learning algorithms, which for each different situation, simulation circumstances and context, decides which proposed action is the one with higher possibility of achieving the most success. Some of the considered approaches are supported by a mechanism that creates profiles of competitor players. These profiles are built accordingly to their observed past actions and reactions when faced with specific situations, such as success and failure. The system’s context awareness and simulation circumstances analysis, both in terms of results performance and execution time adaptation, are complementary mechanisms, which endow ALBidS with further adaptation and learning capabilities.

Modelling and aerodynamic simulation of a vehicle and failure analysis of a laminated front fender

Master Thesis in Mechanical Engineering field of Maintenance and Production

Simulation and theory of hybrid aligned liquid crystal films

We present a study of the effects of nanoconfinement on a system of hard Gaussian overlap particles interacting with planar substrates through the hard-needle-wall potential, extending earlier work by two of us [D. J. Cleaver and P. I. C. Teixeira, Chem. Phys. Lett. 338, 1 (2001)]. Here, we consider the case of hybrid films, where one of the substrates induces strongly homeotropic anchoring, while the other favors either weakly homeotropic or planar anchoring. These systems are investigated using both Monte Carlo simulation and density-functional theory, the latter implemented at the level of Onsager's second-virial approximation with Parsons-Lee rescaling. The orientational structure is found to change either continuously or discontinuously depending on substrate separation, in agreement with earlier predictions by others. The theory is seen to perform well in spite of its simplicity, predicting the positional and orientational structure seen in simulations even for small particle elongations.

Characterization of airborne particles generated from metal active gas welding process

This study is focused on the characterization of particles emitted in the metal active gas welding of carbon steel using mixture of Ar + CO2, and intends to analyze which are the main process parameters that influence the emission itself. It was found that the amount of emitted particles (measured by particle number and alveolar deposited surface area) are clearly dependent on the distance to the welding front and also on the main welding parameters, namely the current intensity and heat input in the welding process. The emission of airborne fine particles seems to increase with the current intensity as fume-formation rate does. When comparing the tested gas mixtures, higher emissions are observed for more oxidant mixtures, that is, mixtures with higher CO2 content, which result in higher arc stability. These mixtures originate higher concentrations of fine particles (as measured by number of particles by cm 3 of air) and higher values of alveolar deposited surface area of particles, thus resulting in a more severe worker's exposure.

Biomechanical modeling and simulation of the spider crab (maja brachydactyla)

Uma linha de pesquisa e desenvolvimento na área da robótica, que tem recebido atenção crescente nos últimos anos, é o desenvolvimento de robôs biologicamente inspirados. A ideia é adquirir conhecimento de seres biológicos, cuja evolução ocorreu ao longo de milhões de anos, e aproveitar o conhecimento assim adquirido para implementar a locomoção pelos mesmos métodos (ou pelo menos usar a inspiração biológica) nas máquinas que se constroem. Acredita-se que desta forma é possível desenvolver máquinas com capacidades semelhantes às dos seres biológicos em termos de capacidade e eficiência energética de locomoção. Uma forma de compreender melhor o funcionamento destes sistemas, sem a necessidade de desenvolver protótipos dispendiosos e com longos tempos de desenvolvimento é usar modelos de simulação. Com base nestas ideias, o objectivo deste trabalho passa por efectuar um estudo da biomecânica da santola (Maja brachydactyla), uma espécie de caranguejo comestível pertencente à família Majidae de artrópodes decápodes, usando a biblioteca de ferramentas SimMechanics da aplicação Matlab / Simulink. Esta tese descreve a anatomia e locomoção da santola, a sua modelação biomecânica e a simulação do seu movimento no ambiente Matlab / SimMechanics e SolidWorks.

Sintonia de controladores baseada em Sistemas de Inferência Difusa

Este trabalho de pesquisa e desenvolvimento tem como fundamento principal o Conceito de Controlo por Lógica Difusa. Utilizando as ferramentas do software Matlab, foi possível desenvolver um controlador com base na inferência difusa que permitisse controlar qualquer tipo de sistema físico real, independentemente das suas características. O Controlo Lógico Difuso, do inglês “Fuzzy Control”, é um tipo de controlo muito particular, pois permite o uso simultâneo de dados numéricos com variáveis linguísticas que tem por base o conhecimento heurístico dos sistemas a controlar. Desta forma, consegue-se quantificar, por exemplo, se um copo está “meio cheio” ou “meio vazio”, se uma pessoa é “alta” ou “baixa”, se está “frio” ou “muito frio”. O controlo PID é, sem dúvida alguma, o controlador mais amplamente utilizado no controlo de sistemas. Devido à sua simplicidade de construção, aos reduzidos custos de aplicação e manutenção e aos resultados que se obtêm, este controlador torna-se a primeira opção quando se pretende implementar uma malha de controlo num determinado sistema. Caracterizado por três parâmetros de ajuste, a saber componente proporcional, integral e derivativa, as três em conjunto permitem uma sintonia eficaz de qualquer tipo de sistema. De forma a automatizar o processo de sintonia de controladores e, aproveitando o que melhor oferece o Controlo Difuso e o Controlo PID, agrupou-se os dois controladores, onde em conjunto, como poderemos constatar mais adiante, foram obtidos resultados que vão de encontro com os objectivos traçados. Com o auxílio do simulink do Matlab, foi desenvolvido o diagrama de blocos do sistema de controlo, onde o controlador difuso tem a tarefa de supervisionar a resposta do controlador PID, corrigindo-a ao longo do tempo de simulação. O controlador desenvolvido é denominado por Controlador FuzzyPID. Durante o desenvolvimento prático do trabalho, foi simulada a resposta de diversos sistemas à entrada em degrau unitário. Os sistemas estudados são na sua maioria sistemas físicos reais, que representam sistemas mecânicos, térmicos, pneumáticos, eléctricos, etc., e que podem ser facilmente descritos por funções de transferência de primeira, segunda e de ordem superior, com e sem atraso.

Complex question answering on semi-structured repositories: a user centric process enhanced with context

A Teia Mundial (Web) foi prevista como uma rede de documentos de hipertexto interligados de forma a criar uma espaço de informação onde humanos e máquinas poderiam comunicar. No entanto, a informação contida na Web tradicional foi/é armazenada de forma não estruturada o que leva a que apenas os humanos a possam consumir convenientemente. Consequentemente, a procura de informações na Web sintáctica é uma tarefa principalmente executada pelos humanos e nesse sentido nem sempre é fácil de concretizar. Neste contexto, tornou-se essencial a evolução para uma Web mais estruturada e mais significativa onde é dado significado bem definido à informação de forma a permitir a cooperação entre humanos e máquinas. Esta Web é usualmente referida como Web Semântica. Além disso, a Web Semântica é totalmente alcançável apenas se os dados de diferentes fontes forem ligados criando assim um repositório de Dados Abertos Ligados (LOD). Com o aparecimento de uma nova Web de Dados (Abertos) Ligados (i.e. a Web Semântica), novas oportunidades e desafios surgiram. Pergunta Resposta (QA) sobre informação semântica é actualmente uma área de investigação activa que tenta tirar vantagens do uso das tecnologias ligadas à Web Semântica para melhorar a tarefa de responder a questões. O principal objectivo do projecto World Search passa por explorar a Web Semântica para criar mecanismos que suportem os utilizadores de domínios de aplicação específicos a responder a questões complexas com base em dados oriundos de diferentes repositórios. No entanto, a avaliação feita ao estado da arte permite concluir que as aplicações existentes não suportam os utilizadores na resposta a questões complexas. Nesse sentido, o trabalho desenvolvido neste documento foca-se em estudar/desenvolver metodologias/processos que permitam ajudar os utilizadores a encontrar respostas exactas/corretas para questões complexas que não podem ser respondidas fazendo uso dos sistemas tradicionais. Tal inclui: (i) Ultrapassar a dificuldade dos utilizadores visionarem o esquema subjacente aos repositórios de conhecimento; (ii) Fazer a ponte entre a linguagem natural expressa pelos utilizadores e a linguagem (formal) entendível pelos repositórios; (iii) Processar e retornar informações relevantes que respondem apropriadamente às questões dos utilizadores. Para esse efeito, são identificadas um conjunto de funcionalidades que são consideradas necessárias para suportar o utilizador na resposta a questões complexas. É também fornecida uma descrição formal dessas funcionalidades. A proposta é materializada num protótipo que implementa as funcionalidades previamente descritas. As experiências realizadas com o protótipo desenvolvido demonstram que os utilizadores efectivamente beneficiam das funcionalidades apresentadas: ▪ Pois estas permitem que os utilizadores naveguem eficientemente sobre os repositórios de informação; ▪ O fosso entre as conceptualizações dos diferentes intervenientes é minimizado; ▪ Os utilizadores conseguem responder a questões complexas que não conseguiam responder com os sistemas tradicionais. Em suma, este documento apresenta uma proposta que comprovadamente permite, de forma orientada pelo utilizador, responder a questões complexas em repositórios semiestruturados.

Optimização energética de um sistema de climatização industrial

O desenvolvimento deste trabalho teve como objectivo a optimização de um sistema de climatização industrial, constituído por quatro centrais de climatização adiabáticas, que apresentam limitações de capacidade de arrefecimento, controlo e eficiência. Inicialmente foi necessária a pesquisa bibliográfica e recolha de informação relativa à indústria têxtil e ao processo de arrefecimento evaporativo. Numa fase posterior foram recolhidos e analisados os diversos dados essenciais à compreensão do binómio edifício/sistema de climatização, para a obtenção de possíveis hipóteses de optimização. Da fase de recolha de informações e dados, destaca-se, também, a realização de análises à qualidade do ar interior (QAI). As optimizações seleccionadas como passíveis de implementação, foram estudadas e analisadas com o auxílio do software de simulação energética dinâmica DesignBuilder e os resultados obtidos foram devidamente trabalhados e ajustados de modo a permitir uma assimilação amigável e de fácil interpretação das suas vantagens e desvantagens, tendo ainda sido objecto de estudo de viabilidade económica. A optimização proposta reflecte uma melhoria substancial das condições interiores ao nível da temperatura e humidade relativa, resultando, ainda assim, numa redução de consumos energéticos na ordem dos 23 % (490.337 kWh), isto é, uma poupança anual de 42.169 € aos custos de exploração e com um período de retorno de 1 ano e 11 meses.

Simulação da produção de Paraxileno

O trabalho tem como objectivo a simulação e verificação do funcionamento de 3 colunas de destilação, a T-0303, a T-0306 e a T-0307, integrantes do processo de produção de p-xileno, baseado nos dados relativos ao ano de 2008, existente na refinaria da Galp no Porto. A abordagem consistiu em utilizar o AspenPlus quer para a simulação quer para a optimização, sendo esta última complementada com um planeamento experimental e optimização no Minitab15. O critério de optimização foi estabelecido a partir de uma análise ao processo actual, na qual se averiguou que se poderia, no limite: produzir mais 15,30ton.ano-1 de p-xileno no conjunto de colunas T-0306 e T-0307; remover mais 1,36ton.ano-1 de dessorvente na coluna T-0303 e diminuir a energia necessária para o processo. Da optimização à coluna T-0303, obteve-se uma melhoria de remoção de 0,34ton.ano-1 de dessorvente, e uma diminuição na energia necessária para 333,24.106kWh por ano. Para obter esta optimização houve necessidade de ultrapassar em 109,852kW a potência da bomba P0306A/S e alterou-se a razão de refluxo na base para 46,1. A optimização conjunta das colunas T-0306 e T-0307 apenas possibilita uma melhoria de p-xileno de 3,4ton.ano-1. De uma optimização individual da coluna T-0307, mantendo a coluna T-0306 nas condições actuais, obteve-se uma melhoria na produção de p-xileno de 14,62ton.ano-1. Neste ensaio as potências do condensador E-0314, do reebulidor E-0306 e da bomba P0314A/S excedem, as actuais em, respectivamente, 35,71kW, 35,74kW e 0,12kW. Enquanto para a situação actual o custo de p-xileno equivale a 722,17€.ton-1, para a optimização simultânea da coluna T-0303 e T-0307, é de 723,39€.ton-1 e para a optimização de apenas da coluna T-0307 é de 722,81€.ton-1. Perante um preço de venda actual de pxileno de 749,10€.ton-1 todas as situações são favoráveis. Em suma, é possível uma optimização processual mas o custo por tonelada de pxileno fica superior ao actual.