The Value of Full Scale Prototype Data - Testing Oyster 800 at EMEC, Orkney

This paper demonstrates the unparalleled value of full scale data which has been acquired from ocean trials of Aquamarine Power’s Oyster 800 Wave Energy Converter (WEC) at the European Marine Energy Centre (EMEC), Orkney, Scotland.
High quality prototype and wave data were simultaneously recorded in over 750 distinct sea states (comprising different wave height, wave period and tidal height combinations) and include periods of operation where the hydraulic Power Take-Off (PTO) system was both pressurised (damped operation) and de-pressurised (undamped operation).
A detailed model-prototype correlation procedure is presented where the full scale prototype behaviour is compared to predictions from both experimental and numerical modelling techniques via a high temporal resolution wave-by-wave reconstruction. This unquestionably provides the definitive verification of the capabilities of such research techniques and facilitates a robust and meaningful uncertainty analysis to be performed on their outputs.
The importance of a good data capture methodology, both in terms of handling and accuracy is also presented. The techniques and procedures implemented by Aquamarine Power for real-time data management are discussed, including lessons learned on the instrumentation and infrastructure required to collect high-value data.

Desenvolvimento de um carro elétrico puro: instrumentação e registos energéticos

Desde meados do século XX os avanços na indústria automóvel trazem a associação da eletrónica sendo esta cada vez mais necessária. Com este trabalho pretende-se construir um computador de bordo de um veículo elétrico dando continuação a uma dissertação anterior, que consistiu em um Controlador de Motor de carro elétrico com capacidade de travagem regenerativa. Este Computador deve ser de baixo custo e é destinado à instrumentação, apresentação de balanços energéticos e funções básicas de diagnóstico do estado do veículo. Foi igualmente um objetivo desenvolver uma Interface a partir de um LCD para este Computador de Bordo. No modelo de Controlador de Motor disponível foram aplicadas alterações e adições na instrumentação de forma a conseguir um diagnóstico do veículo mais preciso e extenso. Para o computador ter conhecimento do consumo e outros parâmetros relacionados com o motor e respetivo Controlador, foi necessário estabelecer uma comunicação entre ambas unidades. Antes de se implementar um protocolo de comunicação realizou-se uma pesquisa por protocolos usados na indústria automóvel, com o intuito de saber qual o mais apropriado para o presente trabalho. A tarefa seguinte consistiu em uma pesquisa por hardware com o qual desenvolver o Computador e sua Interface. Os balanços energéticos implicaram o desenvolvimento de métodos de cálculo, efetuados com os parâmetros transmitidos pelo Controlador de Motor. No final da dissertação demonstra-se todas as funcionalidades do Computador de Bordo desenvolvido e como este é utilizado.

Quantization effects in the polyphase N-path IIR structure

Polyphase IIR structures have recently proven themselves very attractive for very high performance filters that can be designed using very few coefficients. This, combined with their low sensitivity to coefficient quantization in comparison to standard FIR and IIR structures, makes them very applicable for very fast filtering when implemented in fixed-point arithmetic. However, although the mathematical description is very simple, there exist a number of ways to implement such filters. In this paper, we take four of these different implementation structures, analyze the rounding noise originating from the limited arithmetic wordlength of the mathematical operators, and check the internal data growth within the structure. These analyses need to be done to ensure that the performance of the implementation matches the performance of the theoretical design. The theoretical approach that we present has been proven by the results of the fixed-point simulation done in Simulink and verified by an equivalent bit-true implementation in VHDL.

Tunable centre frequency resonator based bandpass Σ-Δ modulators

This paper presents a methodology for the design of oversampled narrow-band single-loop and multi-stage resonator-based bandpass Σ-Δ modulators that can accommodate different passband centre to sampling frequency ratios. These tunable bandpass configurations are designed by analytically determining the required compensation hardware to deliver good resolution. Thorough simulations demonstrate that comparatively superior in-band signal-to-noise ratios (SNRs) and dynamic ranges (DRs) are attributed to the inclusion of appropriate feedforward and feedback compensators within these structures.

Towards an Application-Specific Thermal Energy Model of Current Processors

Recent developments of high-end processors recognize temperature monitoring and tuning as one of the main challenges towards achieving higher performance given the growing power and temperature constraints. To address this challenge, one needs both suitable thermal energy abstraction and corresponding instrumentation. Our model is based on application-specific parameters such as power consumption, execution time, and asymptotic temperature as well as hardware-specific parameters such as half time for thermal rise or fall. As observed with our out-of-band instrumentation and monitoring infrastructure, the temperature changes follow a relatively slow capacitor-style charge-discharge process. Therefore, we use the lumped thermal model that initiates an exponential process whenever there is a change in processor’s power consumption. Initial experiments with two codes – Firestarter and Nekbone – validate our thermal energy model and demonstrate its use for analyzing and potentially improving the application-specific balance between temperature, power, and performance.

Métodos de observação durante a execução de obras subterrâneas

Mestrado em Engenharia Geotécnica e Geoambiente

Instrumentação e monitorização na avaliação do comportamento de maciços e estruturas envolventes: caso de poços em meio urbano

Atualmente, a escavação de poços em locais densamente ocupados requer medidas severas para reduzir riscos e possíveis influências quer na própria obra quer em estruturas próximas. Neste campo, a instrumentação geotécnica e a sua monitorização tem um papel determinante na execução de obras geotécnicas, sendo que neste trabalho é dado um especial realce à instrumentação utilizada, às atividades de observação geotécnica, bem como à análise e interpretação das leituras para o controlo de movimentos induzidos no terreno pelas escavações. Este acompanhamento é baseado num plano de instrumentação, sendo descrito de uma forma transversal a importância do projeto e em particular das fases do processo de investigação geotécnica. O acompanhamento da execução dos poços para a futura Estação da Reboleira, permitiu validar as soluções de projeto para um determinado método construtivo, determinadas através de métodos numéricos e semi-empíricos, e abordados neste trabalho. A monitorização sistemática desde o início das escavações até ao revestimento secundário, permitiu tecer apreciações sobre os valores obtidos, apresentando-se alguns registos. Todas estas ações visam controlar e antecipar riscos de acidentes provocados pela execução de escavações, pelo que nesta tese é também realçada a importância da segurança e higiene no trabalho na prevenção dos riscos profissionais, independentemente da sua origem.

Fonte de Iluminação LED – Avaliação dos Efeitos Fotobiológicos no Olho e Pele

Tendo por referência a diretiva 2006/95/CE, o trabalho desenvolvido no contexto da disciplina de Dissertação/Projeto/Estágio do Mestrado de Engenharia de Instrumentação e Metrologia, decorreu nas instalações do IEP (Instituto Electrotécnico Português) e teve como objetivo principal o desenvolvimento de um procedimento de avaliação dos efeitos fotobiológicos no olho e pele provocados por fontes de emissão contínua (LED), doravante designado método alternativo ao de referência. Os dois métodos, alternativo e de referência, utilizam respectivamente um foto-radiómetro multicanal e um espetro-radiómetro. O procedimento desenvolvido (método alternativo) de acordo com a norma EN/IEC62471) consiste na aquisição dos valores de irradiância com recurso a um foto-radiómetro e posterior determinação dos valores da radiância, com os quais se faz a avaliação dos efeitos fotobiológicos, para fontes de luz LED (Light Emitting Diode) ou GLS (General Lighting Service). A consulta detalhada da norma EN/IEC62471 e a pesquisa sobre os conceitos, definições, equipamentos e metodologias relacionadas com o tema em causa, constituiu o primeiro passo deste projecto. Com recurso aos dois equipamentos, uma fonte de luz LED (módulo de 12 lâmpadas LED) é avaliada em relação aos perigos (ou riscos) actínico UV e UV-A, ao perigo da luz azul e ainda o perigo térmico na retina e térmico na pele, permitindo fazer uma análise comparativa dos resultados. O método alternativo revelou-se bastante flexível e eficaz, proporcionando bons resultados em termos da irradiância e radiância dos referidos efeitos fotobiológicos. A comparação destes resultados com os valores limites de exposição mencionados na norma EN/IEC6247 permitiu afirmar que a fonte de luz LED avaliada não representa perigo fotobiológico para a saúde humana e classifica-se no grupo de risco “isento”. Uma vez cumpridos os objectivos, entendeu-se que seria uma mais-valia para o trabalho já realizado, estudar outro caso prático. Sendo assim, fez-se a avaliação da radiação de apenas um dos LED´s que constituíam a fonte usada nos ensaios anteriores, com o espetro-radiómetro (método de referência) e com uma distância de 200 mm entre a fonte e o medidor. Neste caso verificaram-se diferenças significativas nas quantidades obtidas quando comparadas com os valores normativos. Concluiu-se que o efeito fotobiológico da luz azul insere-se no grupo de “isento”, sem perigo para a saúde. Contudo, o efeito térmico da retina apresenta um aumento considerável da quantidade de radiância, embora dentro do grupo de risco “isento”. Esta classificação de grupos de risco. Face aos resultados obtidos, pode confirmar-se que as lâmpadas LED apresentam segurança fotobiológica, atendendo aos baixos valores de irradiância e radiância dos efeitos fotobiológicos estudados. Pode ainda afirmar-se que a utilização do foto-radiómetro em alternativa ao espetro-radiómetro se revela mais eficaz do ponto de vista de metodologia prática. Este trabalho demonstra a robustez desses dois equipamentos de avaliação dos efeitos fotobiológicos, e procura estabelecer uma linha de orientação para a prevenção dos efeitos adversos na pele e olhos de todos os seres humanos sujeitos à radiação ótica artificial. Quanto às incertezas de medições, em relação ao processo de medição com foto-radiómetro, a sua estimação não se realizou, devido a não rastreabilidade entre as medições indicadas pelo fabricante, no certificado de calibração e as medidas realizadas por outras entidades. Contudo, é propõe-se a sua realização em trabalhos futuros dentro desse âmbito. As incertezas dos resultados de medições com espetro-radiómetro foram parcialmente estimadas. Atendendo às potencialidades do sistema de medição, propõe-se como trabalho futuro, a aplicação da norma IEC62478, que faz parte da aplicação da norma EN/IEC62471 na avaliação do efeito da luz azul, com base na determinação da temperatura de cor correlacionada (CCT) de lâmpadas ou sistemas de lâmpadas incluindo luminárias. Os valores de irradiância e radiância adquiridos nos processos de avaliação, tanto com foto-radiómetro como espectro-radiómetro foram gravados em ficheiro Excel para um CD e anexados a este trabalho.

Estudo relativo à utilização dos Equipamentos de Medida e Precisão (EMP) nas ações de manutenção da frota F-16

Esta dissertação foi realizada, tendo como objecto de estudo a utilização de equipamentos de Medida e Precisão, em diversas áreas da manutenção da Base Aérea Nº 5. Como hipótese de trabalho, no âmbito da dissertação do Mestrado de Engenharia Instrumentação e Metrologia, foi proposta a elaboração de um estudo, tendo em vista, uma melhoria das capacidades da organização demonstrar certos requisitos no âmbito da gestão e controlo de equipamentos de Medida e Precisão. Assim, a metodologia utilizada para a realização desta dissertação, partiu da análise do estado da arte nas normas internacionais, da regulamentação emitida pela Força Aérea Portuguesa e no estudo das práticas em uso na manutenção da Base Aérea Nº 5, assim como, nos atuais meios de execução e controlo dessa gestão num sistema integrado de “gestão de conteúdos”. Foram realizados diversos trabalhos, tendo como objectivo uma melhoria no processo de gestão de Equipamentos de Medida e Precisão, com resultados imediatos, tais como um novo portal de metrologia, e-mail de informação sobre Equipamentos de Medida e Precisão e certificados digitais. Seguidamente, forma apresentados os resultados do estudo e demonstrada a necessidade de implementar um processo de recall, para as acções onde são usados Equipamentos de Medida e precisão. Na dissertação, são utilizadas terminologias aeronáuticas, por as mesmas serem comuns no seio da organização, assim como, consonantes com a prática usual na indústria de manutenção aeronáutica militar no mundo.

Caracterização do “warpage” e sua variabilidade no processo produtivo de encapsulamento de circuitos integrados

Nos últimos anos a indústria de semicondutores, nomeadamente a produção de memórias, tem sofrido uma grande evolução. A necessidade de baixar custos de produção, assim como de produzir sistemas mais complexos e com maior capacidade, levou à criação da tecnologia WLP (Wafer Level Packaging). Esta tecnologia permite a produção de sistemas mais pequenos, simplificar o fluxo do processo e providenciar uma redução significativa do custo final do produto. A WLP é uma tecnologia de encapsulamento de circuitos integrados quando ainda fazem parte de wafers (bolachas de silício), em contraste com o método tradicional em que os sistemas são individualizados previamente antes de serem encapsulados. Com o desenvolvimento desta tecnologia, surgiu a necessidade de melhor compreender o comportamento mecânico do mold compound (MC - polímero encapsulante) mais especificamente do warpage (empeno) de wafers moldadas. O warpage é uma característica deste produto e deve-se à diferença do coeficiente de expansão térmica entre o silício e o mold compound. Este problema é observável no produto através do arqueamento das wafers moldadas. O warpage de wafers moldadas tem grande impacto na manufatura. Dependendo da quantidade e orientação do warpage, o transporte, manipulação, bem como, a processamento das wafers podem tornar-se complicados ou mesmo impossíveis, o que se traduz numa redução de volume de produção e diminuição da qualidade do produto. Esta dissertação foi desenvolvida na Nanium S.A., empresa portuguesa líder mundial na tecnologia de WLP em wafers de 300mm e aborda a utilização da metodologia Taguchi, no estudo da variabilidade do processo de debond para o produto X. A escolha do processo e produto baseou-se numa análise estatística da variação e do impacto do warpage ao longo doprocesso produtivo. A metodologia Taguchi é uma metodologia de controlo de qualidade e permite uma aproximação sistemática num dado processo, combinando gráficos de controlo, controlo do processo/produto, e desenho do processo para alcançar um processo robusto. Os resultados deste método e a sua correta implementação permitem obter poupanças significativas nos processos com um impacto financeiro significativo. A realização deste projeto permitiu estudar e quantificar o warpage ao longo da linha de produção e minorar o impacto desta característica no processo de debond. Este projecto permitiu ainda a discussão e o alinhamento entre as diferentes áreas de produção no que toca ao controlo e a melhoria de processos. Conseguiu–se demonstrar que o método Taguchi é um método eficiente no que toca ao estudo da variabilidade de um processo e otimização de parâmetros. A sua aplicação ao processo de debond permitiu melhorar ou a fiabilidade do processo em termos de garantia da qualidade do produto, como ao nível do aumento de produção.

Projeto de uma unidade de produção de biodiesel num reator ultrassónico pela via supercrítica

A concretização deste estágio na INCBIO teve como principal objetivo o projeto e dimensionamento de uma unidade de produção de biodiesel por transesterificação nãocatalítica num reator ultrassónico com condições supercríticas de pressão e temperatura. Com vista à concretização do trabalho, iniciou-se a realização do estudo do estado da arte relativo à produção de biodiesel, com particular enfoque na produção de biodiesel por via catalítica e por via supercrítica e na produção de biodiesel com uso de tecnologia ultrassónica. Conclui-se que nenhum estudo contempla a combinação simultânea da produção de biodiesel por via supercrítica através da tecnologia ultrassónica. Este estudo do estado da arte permitiu ainda definir as condições de temperatura, pressão e rácio mássico (250 °C, 95 bar e 1:1 respetivamente) a considerar no projeto da unidade de produção de biodiesel deste trabalho. Com base no estudo do estado da arte efetuado e com base nas características da matéria procedeu-se à definição do processo de produção de biodiesel. Para a definição do processo começou-se por elaborar o diagrama de blocos do processo (BFD) e o diagrama de fluxo do processo (PFD). Com base nos diagramas e na composição da matéria-prima, procedeu-se à quantificação dos reagentes (metanol) com base na estequiometria das reações envolvidas e ao cálculo do balanço de massa. O balanço de massa foi calculado com base na estequiometria das reações envolvidas e foi também calculado através do software de simulação ASPEN PLUS. Após o cálculo do balanço de massa elaborou-se o diagrama de tubulação e instrumentação (P&ID), que contém todos os equipamentos, válvulas, instrumentação e tubagens existentes na unidade. Após a definição do processo e cálculo do balanço de massa procedeu-se ao dimensionamento mecânico e cálculo hidráulico dos tanques, tubagem, bombas, permutador de calor, reator ultrassónico, válvulas de controlo e instrumentação de acordo com as normas ASME. Nesta fase do trabalho foram consultados diversos fornecedores possíveis para a compra de todo o material necessário. O dimensionamento mecânico e cálculo hidráulico efetuados permitiram, entre outras informações relevantes, obter as dimensões necessárias à construção do layout e à elaboração do desenho 3D. Com os resultados obtidos e desenhos elaborados, é possível avançar com a construção da unidade, pelo que pode-se inferir que o objetivo de projetar uma unidade de produção de biodiesel num reator ultrassónico com condições supercríticas foi alcançado. Por fim, efetuou-se uma análise económica detalhada que possibilita a comparação de uma unidade de produção de biodiesel por via catalítica (unidade de produção da INCBIO) com a unidade de produção de biodiesel num reator ultrassónico com condições supercríticas (unidade projetada neste trabalho). Por questões de confidencialidade, não foram revelados maior parte dos resultados da análise económica efetuada. No entanto, conclui-se que os custos de construção da unidade de produção de biodiesel num reator ultrassónico com condições supercríticas são mais baixos cerca de 35 a 40%, quando comparados com os custos de construção da unidade de produção de biodiesel por via catalítica, evidenciando assim que a combinação em simultâneo das condições supercríticas com a tecnologia ultrassónica possibilita a diminuição dos custos de produção.

Aquisição e registo automático de compradores de massa digitais em calibração de pesos

A presente dissertação foi desenvolvida nas instalações do laboratório de massa da extinta Direção Regional da Economia do Norte (DRE-Norte), no âmbito da unidade curricular de Dissertação/Projeto/Estágio Profissional (DPEPR) do curso de Mestrado de Instrumentação e Metrologia (MEIM) do Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP). O laboratório de massa da DRE-Norte dedicava-se, entre outras atividades, à calibração de pesos das classes de exatidão F1 e inferior, definidas na recomendação R111-1:2004 da Organização Internacional de Metrologia Legal (OIML), para valores nominais desde 1 mg até 1 000 kg. Foi implementado um sistema real de calibração de pesos utilizando dois comparadores de massa, com interface de comunicação de dados, com fios e sem fios, para o PC (Personal Computer), com aquisição automática dos dados. Desenvolveu-se uma aplicação informática em Visual Basic com o objetivo de ligar os dois comparadores de massa ao PC e automatizar o processo de calibração de pesos com base no método ABBA. O software desenvolvido foi aplicado num caso real de calibração de pesos em ambiente de intercomparação laboratorial com a participação de sete laboratórios nacionais, entre os quais, o laboratório de massa da DRE-Norte.

A Metrologia na Indústria Aeronáutica

O presente relatório é um dos elementos que contribuirão para a concretização da avaliação individual da Unidade Curricular de Dissertação/Projeto/Estágio Profissional, inserida no plano de estudos do Mestrado em Engenharia de Instrumentação e Metrologia e traduz o trabalho realizado na empresa Caetano Aeronautic. O estágio, com a duração de sete meses, permitiu a concretização de finalidades e objetivos que deram suporte ao desenvolvimento das aprendizagens e mobilização dos saberes científicos relativos a domínios e conteúdos curriculares, nomeadamente inseridos nas áreas da Metrologia e Qualidade. A Metrologia é circunscrita como a ciência da medição. A medição é uma operação de extrema relevância em diversas atividades, porque é através da Metrologia que se garante um elevado nível de qualidade pretendido para a conceção, fabricação e utilização de serviços ou produtos. Face à indústria aeronáutica envolver um elevado conjunto de processos, de normas e documentação, foi necessário inicialmente um envolvimento integrado com o Sistema de Gestão da Qualidade da Caetano Aeronautic e com as operações inerentes, nomeadamente de melhoria contínua. Foram desenvolvidas, dentro do possível, propostas de melhoria no processo de inspeção dos componentes aeronáuticos. Dentro das mesmas destacam-se a alteração dos registos de medição, o estudo e posterior proposta de aquisição de ferramentas adicionais para equipamentos de medição. O fluxo de medição tornou-se mais fluído através da concretização da proposta de alteração do layout do laboratório. De salientar o trabalho desenvolvido na área da Engenharia da Qualidade, nomeadamente no tratamento de não conformidades, o que contribuiu para que o processo se encontre atualmente bastante simplificado na empresa.

Image guided critical screw placement precision in the cervical spine : important or incidental? : results of a series of 91 consecutive cases using OVEM

Study design: A retrospective study of image guided cervical implant placement precision. Objective: To describe a simple and precise classification of cervical critical screw placement. Summary of Background Data: "Critical" screw placement is defined as implant insertion into a bone corridor which is surrounded circumferentially by neurovascular structures. While the use of image guidance has improved accuracy, there is currently no classification which provides sufficient precision to assess the navigation success of critical cervical screw placement. Methods: Based on postoperative clinical evaluation and CT imaging, the orthogonal view evaluation method (OVEM) is used to classify screw accuracy into grade I (no cortical breach), grade la (screw thread cortical breach), grade II (internal diameter cortical breach) and grade III (major cortical breach causing neural or vascular injury). Grades II and III are considered to be navigation failures, after accounting for bone corridor / screw mismatch (minimal diameter of targeted bone corridor being smaller than an outer screw diameter). Results: A total of 276 screws from 91 patients were classified into grade I (64.9%), grade la (18.1%), and grade II (17.0%). No grade III screw was observed. The overall rate of navigation failure was 13%. Multiple logistic regression indicated that navigational failure was significantly associated with the level of instrumentation and the navigation system used. Navigational failure was rare (1.6%) when the margin around the screw in the bone corridor was larger than 1.5 mm. Conclusions: OVEM evaluation appears to be a useful tool to assess the precision of critical screw placement in the cervical spine. The OVEM validity and reliability need to be addressed. Further correlation with clinical outcomes will be addressed in future studies.

Institutions et création musicale à Montréal de 1966 à 2006 : histoire et orientations artistiques de la Société de musique contemporaine du Québec, des Événements du Neuf, de l'Ensemble contemporain de Montréal et du Nouvel Ensemble moderne

La version intégrale de cette thèse est disponible uniquement pour consultation individuelle à la Bibliothèque de musique de l'Université de Montréal (www.bib.umontreal.ca/MU).