Energy Harvesting for Autonomous Underwater Vehicles

In this study, energy production for autonomous underwater vehicles is investigated. This project is part of a bigger project called TURTLE. The autonomous vehicles perform oceanic researches at seabed for which they are intended to be kept operational underwater for several months. In order to ful l a long-term underwater condition, powerful batteries are combined with \micro- scale" energy production on the spot. This work tends to develop a system that generates power up to a maximum of 30 W. Latter energy harvesting structure consists basically of a turbine combined with a generator and low-power electronics to adjust the achieved voltage to a required battery charger voltage. Every component is examined separately hence an optimum can be de ned for all, and subsequently also an overall optimum. Di erent design parameters as e.g. number of blades, solidity ratio and cross-section area are compared for di erent turbines, in order to see what is the most feasible type. Further, a generator is chosen by studying how ux distributions might be adjusted to low velocities, and how cogging torque can be excluded by adapted designs. Low-power electronics are con gured in order to convert and stabilize heavily varying three-phase voltages to a constant, recti ed voltage which is usable for battery storage. Clearly, di erent component parameters as maximum power and torque are matched here to increase the overall power generation. Furthermore an overall maximum power is set up for achieving a maximum power ow at load side. Due to among others typical low velocities of about 0.1 to 0.5 m/s, and constructing limits of the prototype, the vast range of components is restricted to only a few that could be used. Hence, a helical turbine is combined in a direct drive mode to a coreless-stator axial- ux permanent-magnet generator, from which the output voltage is adjusted subsequently by a recti er, impedance matching unit, upconverter circuit and an overall control unit to regulate di erent component parameters. All these electronics are combined in a closed-loop design to involve positive feedback signals. Furthermore a theoretical con guration for the TURTLE vehicle is described in this work and a solution is proposed that might be implemented, for which several design tests are performable in a future study.

Industrie 4.0 Framework, Challenges and Perspectives

The world is increasingly in a global community. The rapid technological development of communication and information technologies allows the transmission of knowledge in real-time. In this context, it is imperative that the most developed countries are able to develop their own strategies to stimulate the industrial sector to keep up-to-date and being competitive in a dynamic and volatile global market so as to maintain its competitive capacities and by consequence, permits the maintenance of a pacific social state to meet the human and social needs of the nation. The path traced of competitiveness through technological differentiation in industrialization allows a wider and innovative field of research. Already we are facing a new phase of organization and industrial technology that begins to change the way we relate with the industry, society and the human interaction in the world of work in current standards. This Thesis, develop an analysis of Industrie 4.0 Framework, Challenges and Perspectives. Also, an analysis of German reality in facing to approach the future challenge in this theme, the competition expected to win in future global markets, points of domestic concerns felt in its industrial fabric household face this challenge and proposes recommendations for a more effective implementation of its own strategy. The methods of research consisted of a comprehensive review and strategically analysis of existing global literature on the topic, either directly or indirectly, in parallel with the analysis of questionnaires and data analysis performed by entities representing the industry at national and world global placement. The results found by this multilevel analysis, allowed concluding that this is a theme that is only in the beginning for construction the platform to engage the future Internet of Things in the industrial environment Industrie 4.0. This dissertation allows stimulate the need of achievements of more strategically and operational approach within the society itself as a whole to clarify the existing weaknesses in this area, so that the National Strategy can be implemented with effective approaches and planned actions for a direct training plan in a more efficiently path in education for the theme.

Impacto da influência de um Sistema de Gestão Técnica Centralizada na redução dos custos de exploração de um edifício

É de conhecimento do meio, que os Sistemas de Gestão Técnica Centralizada (SGTC) são uma mais-valia para a redução de utilização de energia associados principalmente aos sistemas de Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado (AVAC) apesar das potencialidades serem abrangentes a outras áreas. No entanto, existe alguma lacuna quanto à quantificação dessa mais-valia, facto importante sobretudo para a alteração de mentalidades dos promotores e proprietários dos edifícios, que por falta de prova, normalmente apenas associam o SGTC a um investimento num serviço desnecessário. As potencialidades dos SGTC são muitas, a título de exemplo, redução na utilização de fontes de energia, gestão da manutenção de sistemas e equipamentos, análise de eficiências de equipamentos, entre muitas outras, sendo nesta dissertação estudado com mais profundidade a questão associada à diferença dos custos de exploração resultantes da utilização de energia num edifício por parte dos sistemas de AVAC, isto é, quais serão os ganhos na utilização da energia, associados ao sistema AVAC, que podem ser obtidos com a implementação de um SGTC. Para o efeito, utilizou-se os sistemas e equipamentos existentes no edifício ECOTERMOLAB, pertencente ao Instituto de Soldadura e Qualidade (ISQ), com o objetivo de verificar as diferenças de utilização de energia resultantes do funcionamento do edifício em normal atividade, isto é, o edifício com todos os seus sistemas operacionais, incluindo o SGTC, e o edifício em funcionamento sem o auxílio do SGTC, ou seja, todos os sistemas associados ao sistema AVAC em funcionamento em modo manual e sem recurso a variação de caudal na rede aeráulica e hidráulica. Em termos anuais, o ECOTERMOLAB consome, aproximadamente, cerca de 38,1 MWh de energia elétrica e 39,2 MWh de gás natural, o que representa uma utilização de energia primária de 14,4 tep/ano. Esta energia, representa um encargo financeiro anual de, aproximadamente, 9500€/ano, correspondente a 7000€/ano de energia elétrica e 2500€/ano de gás natural. Após a análise desenvolvida neste trabalho, conclui-se que o funcionamento do edifício sem controlo do sistema de AVAC por SGTC representaria em termos anuais a um aumento de, aproximadamente, 25,2 MWh e 6,2 MWh de energia elétrica e de gás natural, respetivamente. Em termos de energia primária, a diferença entre soluções origina um acréscimo na utilização de energia de 7,8 tep/ano o que representa um aumento de emissão de CO2 na ordem das 9,4 ton/ano. A avaliação económica, recaiu sobre a determinação de indicadores para avaliação da viabilidade de implementação de um SGTC, nomeadamente, o período de retorno simples, o valor atual líquido e a taxa interna de rentabilidade. Todos estes indicadores se revelaram positivos, apresentando um período de retorno ligeiramente superior a oito anos, um valor atual líquido positivo (8864,1€) e uma taxa interna de rentabilidade superior à taxa de custo de capital (11,2%).

TURTLE: Systems and technologies for deep ocean long term presence

This paper describes the TURTLE project that aim to develop sub-systems with the capability of deep-sea long-term presence. Our motivation is to produce new robotic ascend and descend energy efficient technologies to be incorporated in robotic vehicles used by civil and military stakeholders for underwater operations. TURTLE contribute to the sustainable presence and operations in the sea bottom. Long term presence on sea bottom, increased awareness and operation capabilities in underwater sea and in particular on benthic deeps can only be achieved through the use of advanced technologies, leading to automation of operation, reducing operational costs and increasing efficiency of human activity.

Water jet based autonomous surface vehicle for coastal waters operations

This paper presents the design of low cost, small autonomous surface vehicle for missions in the coastal waters and specifically for the challenging surf zone. The main objective of the vehicle design described in this paper is to address both the capability of operation at sea in relative challenging conditions and maintain a very low set of operational requirements (ease of deployment). This vehicle provides a first step towards being able to perform general purpose missions (such as data gathering or patrolling) and to at least in a relatively short distances to be able to be used in rescue operations (with very low handling requirements) such as carrying support to humans on the water. The USV is based on a commercially available fiber glass hull, it uses a directional waterjet powered by an electrical brushless motor for propulsion, thus without any protruding propeller reducing danger in rescue operations. Its small dimensions (1.5 m length) and weight allow versatility and ease of deployment. The vehicle design is described in this paper both from a hardware and software point of view. A characterization of the vehicle in terms of energy consumption and performance is provided both from test tank and operational scenario tests. An example application in search and rescue is also presented and discussed with the integration of this vehicle in the European ICARUS (7th framework) research project addressing the development and integration of robotic tools for large scale search and rescue operations.

Molecularly imprinted sensor for voltammetric detection of norfloxacin

In this work, a norfloxacin selective modified glassy carbon electrode (GCE) based on a molecularly imprinted polymer (MIP) as electrochemical sensor was developed. A suspension of multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) was deposited on the electrode surface. Subsequently, a molecularly imprinted film was prepared by electropolymerization, via cyclic voltammetry of pyrrole (PPy) in the presence of norfloxacin (NFX) as the template molecule. A control electrode (NIP) was also prepared. Scanning electron microscopy (SEM) and cyclic voltammetry in a ferrocyanide solution were performed for morphological and electrochemical characterisation, respectively. Several experimental parameters were studied and optimised. For quantification purposes the MIP/MWCNT/GCE was immersed in NFX solutions for 10 min, and the detection was performed in voltammetric cell by square wave voltammetry. The proposed sensor presented a linear behaviour, between peak current intensity and logarithmic concentration of NFX between 1 × 10−7 and 8 × 10−6 M. The obtained results presented good precision, with a repeatability of 4.3% and reproducibility of 9% and the detection limit was 4.6 × 10−8 M (S/N = 3). The developed sensor displayed good selectivity and operational lifetime, is simple to fabricate and easy to operate and was successfully applied to the analysis of NFX in urine samples.

Characterization of green zero-valent iron nanoparticles produced with tree leaf extracts

In the last decades nanotechnology has become increasingly important because it offers indisputable advantages to almost every area of expertise, including environmental remediation. In this area the synthesis of highly reactive nanomaterials (e.g. zero-valent iron nanoparticles, nZVI) is gaining the attention of the scientific community, service providers and other stakeholders. The synthesis of nZVI by the recently developed green bottom-up method is extremely promising. However, the lack of information about the characteristics of the synthetized particles hinders a wider and more extensive application. This work aims to evaluate the characteristics of nZVI synthesized through the green method using leaves from different trees. Considering the requirements of a product for environmental remediation the following characteristics were studied: size, shape, reactivity and agglomeration tendency. The mulberry and pomegranate leaf extracts produced the smallest nZVIs (5–10 nm), the peach, pear and vine leaf extracts produced the most reactive nZVIs while the ones produced with passion fruit, medlar and cherry extracts did not settle at high nZVI concentrations (931 and 266 ppm). Considering all tests, the nZVIs obtained from medlar and vine leaf extracts are the ones that could present better performances in the environmental remediation. The information gathered in this paper will be useful to choose the most appropriate leaf extracts and operational conditions for the application of the green nZVIs in environmental remediation.

Evaluating vehicle painting plans in an automobile assembly plant using an integrated AHP-PROMETHEE approach

The painting activity is one of the most complex and important activities in automobile manufacturing. The inherent complexity of the painting activity and the frequent need for repainting usually turn the painting process into a bottleneck in automobile assembly plants, which is reflected in higher operating costs and longer overall cycle times. One possible approach for optimizing the performance of the paint shop is to improve the efficiency of the color planning. This can be accomplished by evaluating the relative merits of a set of vehicle painting plans. Since this problem has a multicriteria nature, we resort to the multicriteria decision analysis (MCDA) methodology to tackle it. A recent trend in the MCDA field is the development of hybrid approaches that are used to achieve operational synergies between different methods. Here we apply, for the first time, an integrated approach that combines the strengths of the analytic hierarchy process (AHP) and the Preference Ranking Organization METHod for Enrichment Evaluations (PROMETHEE), aided by Geometrical Analysis for Interactive Aid (GAIA), to the problem of assessing alternative vehicle painting plans. The management of the assembly plant found the results of value and is currently using them in order to schedule the painting activities such that an enhancement of the operational efficiency of the paint shop is obtained. This efficiency gain has allowed the management to bid for a new automobile model to be assembled at this specific plant.

Sectors and routes in solid waste collection

Collecting and transporting solid waste is a constant problem for municipalities and populations in general. Waste management should take into account the preservation of the environment and the reduction of costs. The goal with this paper is to address a real-life solid waste problem. The case reveals some general and specific characteristics which are not rare, but are not widely addressed in the literature. Furthermore, new methods and models to deal with sectorization and routing are introduced, which can be extended to other applications. Sectorization and routing are tackled following a two-phase approach. In the first phase, a new method is described for sectorization based on electromagnetism and Coulomb’s Law. The second phase addresses the routing problems in each sector. The paper addresses not only territorial division, but also the frequency with which waste is collected, which is a critical issue in these types of applications. Special characteristics related to the number and type of deposition points were also a motivation for this work. A new model for a Mixed Capacitated Arc Routing Problem with Limited Multi-Landfills is proposed and tested in real instances. The computational results achieved confirm the effectiveness of the entire approach.

Measures in Sectorization Problems

Sectorization means dividing a whole into parts (sectors), a procedure that occurs in many contexts and applications, usually to achieve some goal or to facilitate an activity. The objective may be a better organization or simplification of a large problem into smaller sub-problems. Examples of applications are political districting and sales territory division. When designing/comparing sectors some characteristics such as contiguity, equilibrium and compactness are usually considered. This paper presents and describes new generic measures and proposes a new measure, desirability, connected with the idea of preference.

Building anonymised database samples

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática

Algoritmo genético para empacotamento de contentores

No âmbito da investigação operacional o problema de empacotamento de contentores é conhecido por procurar definir uma configuração de carga, de forma a otimizar a utilização de um espaço disponível para efetuar o empacotamento. Este problema pode ser apresentado em diversas formas, formas estas que variam em função das características de cada empacotamento. Estas características podem ser: o tipo de carga que se pretende carregar (homogénea ou heterogénea), a possibilidade de a carga poder sofrer rotações em todas as suas dimensões ou apenas em algumas, o lucro que está associado a cada caixa carregada ou restrições inerentes ao contentor como por exemplo dimensões. O interesse pelo estudo de problemas de empacotamento de contentores tem vindo a receber cada vez mais ênfase por várias razões, uma delas é o interesse financeiro dado que o transporte é uma prática que representa custos, sendo importante diminuir estes custos aproveitando o volume do contentor da melhor forma. Outra preocupação que motiva o estudo deste problema prende-se com fatores ambientes, onde se procura racionalizar os recursos naturais estando esta também ligada a questões financeiras. Na literatura podem ser encontradas varias propostas para solucionar este problema, cada uma destas dirigidas a uma variante do problema, estas propostas podem ser determinísticas ou não determinísticas onde utilizam heurísticas ou metaheurísticas. O estudo realizado nesta dissertação descreve algumas destas propostas, nomeadamente as metaheurísticas que são utilizadas na resolução deste problema. O trabalho aqui apresentado traz também uma nova metaheurísticas, mais precisamente um algoritmo genético que terá como objetivo, apresentar uma configuração de carga para um problema de empacotamento de um contentor. O algoritmo genético tem como objetivo a resolução do seguinte problema: empacotar várias caixas retangulares com diversos tamanhos num contentor. Este problema é conhecido como Bin-Packing. A novidade que este algoritmo genético vai introduzir nas diversas soluções apresentadas até à data, é uma nova forma de criar padrões iniciais, ou seja, é utilizada a heurística HSSI (Heurística de Suavização de Superfícies Irregulares) que tem como objetivo criar uma população inicial de forma a otimizar o algoritmo genético. A heurística HSSI tenta resolver problemas de empacotamento simulando, o comportamento da maioria das pessoas ao fazer este processo na vida real, contudo, tem um campo de busca reduzido entre as soluções possíveis e será então utilizado um algoritmo genético para ampliar este campo de busca e explorar novas soluções. No final pretende-se obter um software onde será possível configurar um dado problema de empacotamento de um contentor e obter, a solução do mesmo através do algoritmo genético. Assim sendo, o estudo realizado tem como principal objetivo contribuir com pesquisas e conclusões, sobre este problema e trazer uma nova proposta de solução para o problema de empacotamento de contentores.

Metodologias no Controlo de Compactação em Aterros

O presente trabalho pretende abordar aspectos relacionados com o controlo de compactação em aterros, com base na avaliação de parâmetros “in situ”, tais como: pesos volúmicos, teores em água, graus de compactação e módulos de deformabilidade. Recorrendo aos métodos correntes no controlo de compactação, como o ensaio de carga em placa, gamadensímetro, garrafa e ao ensaio de deflectómetro de impacto portátil. Visa-se comparar os resultados obtidos, nas diferentes condições, de modo a possibilitar alcançar correlações entre os ensaios, bem como determinar aqueles que apresentam maior grau de confiança técnico e vantagens operacionais e económicas. De modo a garantir os índices de qualidade da obra é necessário fazer cumprir os critérios exigidos pelo caderno de encargos, nomeadamente nos parâmetros de avaliação do controlo de compactação, para que estas satisfaçam o seu estado funcional e estrutural. Neste tipo de obras os cadernos de encargos de referência em Portugal são os das Estradas de Portigal (EP) e da Brisa, Auto-estradas de Portugal (Brisa), os quais se baseiam em recomendações de classificações de solos. No contexto experimental, foram efectuados dois estudos com condições e materiais diferentes, em obras pertencentes à empresa Mota-Engil Engenharia e Construções, S.A. Nas campanhas de ensaios foram realizados ensaios “in situ” na obra da Subconcessão do Douro Interior – Lote 6 – IC5 – Troço Murça/ Nó de Pombal nas camadas de sub-base e base num agregado de granulometria extensa, e na obra de modernização do troço ferroviário Bombel e Vidigal a Évora, em solos.

Metodologia de desenvolvimento de competências para os técnicos do setor elétrico

A solFORM é uma empresa de Consultoria e Formação Profissional nas áreas da Energia e Eletricidade, Higiene e Segurança no Trabalho e Comportamental. O seu foco de atuação é a oferta de formação profissional especializada a empresas que trabalham na rede de distribuição de energia elétrica. O diagnóstico realizado permitiu identificar como potencialidade de intervenção os serviços de recursos humanos prestados pela empresa, mais especificamente conceber uma metodologia de avaliação de competências e de identificação de necessidades de desenvolvimento para os técnicos do setor elétrico. A aplicação deste projeto permite adequar as competências dos colaboradores dos clientes da solFORM, empresas do setor elétrico, aos perfis profissionais exigidos pela agência reguladora da formação do setor, a AQTSE - Associação para a Qualificação Técnica do Setor Energético. Assim, o objetivo final será que a solFORM possa propor planos de desenvolvimento adequados às necessidades específicas dos colaboradores das suas empresas clientes. Depois de definido o planeamento estratégico e operacional da nova metodologia foi implementada num grupo piloto. Ao longo da implementação e no final foram avaliados os indicadores que demonstram o cumprimento dos objetivos estabelecidos, assim como a finalidade do projeto.

Da desmotivação à motivação: a jornada do docente

Este trabalho tem como objetivo conhecer os fatores de motivação dos professores de um agrupamento do distrito do Porto proporcionando, através desse conhecimento, uma melhor visão para a elaboração de estratégias de gestão adequadas às expectativas e às necessidades desses professores. Assim, inicia-se pela análise da profissão docente na atualidade e como as mudanças ocorridas na sociedade que contribuíram para a desmotivação dos professores e a suas implicações no bem-estar docente. De seguida, sintetizaram-se as principais contribuições das teorias da motivação na gestão das organizações, assim como a perspetiva das teorias cognitivistas da motivação. Contudo, ressalvam-se também os fatores que conduzem os professores a prevenir o mal-estar e a desenvolverem o bem-estar docente. A investigação empírica realizada no agrupamento em estudo recolheu as perceções de um grupo de professores relativamente aos fatores de motivação e desmotivação docente, assim como, estratégias diferenciadas de motivação desses professores. Os resultados deste estudo foram as linhas orientadoras para a elaboração de um plano operacional para o agrupamento em causa, com um conjunto de atividades definidas para reforçar a motivação dos seus professores. Com este trabalho espera-se ter dado um contributo para uma perspetiva de atuação profilática, capaz de ajudar os professores do agrupamento a prevenir e a atuar face ao mal-estar, promovendo o bem-estar docente e reforçando a sua motivação, atendendo à sua influência na qualidade e sucesso do ensino.