FCT: DEMI - Dissertações de Mestrado
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- Criação de elementos estruturais com gradiente de funcionalidade utilizando fabrico aditivo por arco elétricoPublication . Esteves, Marcos Balau; Santos, Telmo; Oliveira, JoãoO processo de fabrico Wire and Arc Additive Manufacturing (WAAM) tem vindo a evoluir e a ser reconhecido como uma das técnicas promissoras de fabrico aditivo de metais, visto que apresenta características como elevadas taxas de deposição, capacidade de produzir peças com elevada complexidade geométrica e liberdade dimensional. O processo WAAM permite também a utilização simultânea de vários fios metálicos de alimentação, com o intuito de fabricar componentes que possuam composições localmente distintas, apresentando assim propriedades de diferentes materiais numa única estrutura, sendo denominados por Functionally Graded Materials (FGM). Este trabalho teve como objetivo a produção e caracterização de provetes com frações volúmicas distintas de diferentes materiais, via Twin-Wire and Arc Additive Manufacturing (T- WAAM), recorrendo a diferentes metais: liga de cobre CuAg1, liga de alumínio 1070 e aço High Strength Low Alloy (HSLA) ER 110S-G. Concluiu-se que o processo T-WAAM é viável para o fabrico de FGM utilizando cobre e ferro, praticamente sem defeitos, recorrendo a velocidades de alimentação de fio entre 1 e 1,2 m/min, velocidades de avanço da tocha entre 100 e 150 mm/min e a intensidades de corrente elétrica entre 90 e 145 A. Os resultados deste trabalho permitiram concluir que à medida que a quantidade relativa de cobre aumenta nas amostras, os valores de microdureza diminuem linearmente, os de condutividade elétrica possuem um crescimento exponencial, a resistência mecânica diminui e a ductilidade aumenta. A amostra com 80 % de ferro e 20 % de cobre apresentou o maior valor de tensão de cedência (600 MPa) e o menor valor de extensão à fratura (4,5 %).
- SMED na Indústria de Serviços: aplicação num Centro de Contactos de uma Seguradora em PortugalPublication . Estudante, Cláudia Sofia Basílio; Godina, RaduEsta dissertação aborda a melhoria do desempenho operacional num centro de contacto de uma seguradora em Portugal, num contexto marcado por elevada variabilidade da procura, multiplicidade de pedidos e forte dependência de decisões manuais de encaminhamento. O problema central identificado é a existência de “setups” operacionais — tempos de preparação e transição entre tarefas — que alongam esperas, geram retrabalho e exigem microgestão con- tínua dos supervisores. O objetivo é avaliar a aplicabilidade do Single-Minute Exchange of Die (SMED) neste am- biente de serviços, testando se a lógica de separar atividades internas/externas, converter pre- paração para momentos prévios e simplificar tarefas permite reduzir tempos de transição. Para tal, seguiu-se um estudo de caso aplicado: observação direta, análise de indicadores, ses- sões de trabalho com as equipas e desenho de um piloto (“Demand & Workforce Management”) que integra uma matriz de competências, regras de distribuição automática e caminhos de Resposta Vocal Interativa (Interactive Voice Response, IVR) mais específicos. Os resultados em duas linhas piloto revelam melhorias significativas: o Service Level Agreement (SLA) aumentou até +83,82%, a taxa de abandono reduziu até -60,77% e registou-se um acréscimo de +11,78% nas chamadas atendidas. A automatização da distribuição por com- petências elimina a intervenção manual recorrente, libertando supervisores para funções de maior valor e reforçando a estabilidade do serviço. O estudo demonstra que o SMED pode ser adaptado a setups intangíveis em serviços, desde que seja apoiado em regras claras, dados em tempo real e normalização. As limitações — curta duração do piloto e foco em áreas específicas — condicionam a generalização, mas a abordagem revela-se replicável e útil para centros de contacto com desafios semelhantes.
- Simulação e Análise do Processo de Expedição – Estudo de caso num Entreposto LogísticoPublication . Mendes, Inês Duarte; Cruz, PedroA crescente competitividade no setor do retalho alimentar tem reforçado a necessidade de melhorar a eficiência das operações logísticas, nomeadamente no processo de expedição em centros de distribuição, caracterizado por elevados volumes de mercadoria e significativa variabilidade operacional. Neste enquadramento, a presente dissertação recorre à simulação baseada em eventos discretos como ferramenta de apoio à análise e à tomada de decisão. Para o efeito, foi desenvolvido, implementado e validado um modelo de simulação no software Arena, parametrizado com dados reais de 2024, capaz de reproduzir a dinâmica do processo de expedição. Numa primeira fase, a análise do cenário base permitiu identificar a alocação de recursos humanos como o principal gargalo do sistema, não se tendo, contudo, verificado limitações relevantes na capacidade dos cais. Com base nesta identificação, e de forma orientada para a resolução do problema, foram definidos e avaliados três cenários alternativos de melhoria. Assim, o ajuste dos momentos de refeição conduziu a reduções entre 25% e 30% nos tempos médios de espera, sem custos adicionais. Por sua vez, o reforço da equipa nas horas noturnas críticas apresentou reduções mais expressivas, entre 60% e 70%, embora associadas a um acréscimo de custo anual de cerca de 50 mil euros. Em contraste, a troca de turnos ao longo do período operacional permitiu reduções entre 40% e 57%, com um custo anual marginal aproximado de 4 mil euros. Adicionalmente, a combinação das medidas de ajuste dos momentos de refeição e troca de turnos revelou-se a solução mais eficiente, permitindo uma redução média de 41% nos tempos de espera, com impacto económico controlado. Deste modo, conclui-se que a simulação constitui uma ferramenta eficaz de apoio à de- cisão em contextos logísticos complexos.
- Análise e melhoria da eficiência energética numa unidade industrial: Um estudo de caso na indústria farmacêuticaPublication . Santos, Mariana Dias; Dinis, Duarte; Gonçalves, LuísEsta dissertação teve como objetivo principal analisar e melhorar o desempenho do sis- tema AVAC (Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado) numa unidade industrial farma- cêutica, com foco na estabilidade dos diferenciais de pressão entre zonas classificadas, funda- mentais para garantir a contenção de partículas e a conformidade com os requisitos das boas práticas de fabrico (GMP). Para alcançar esse objetivo, foi desenvolvida uma metodologia própria e estruturada para diagnosticar anomalias e recolher dados fiáveis. Com base em ensaios experimentais e medições em contexto real, foram obtidos modelos que relacionam as pressões de insuflação e extração da UTA com os diferenciais de pressão nas salas. Esses modelos permitiram identi- ficar os pontos mínimos de operação que asseguram o cumprimento dos requisitos regula- mentares. Além da análise técnica, foi também avaliado o impacto energético da redução das pres- sões de funcionamento, estimando-se uma redução de cerca de 34% no consumo energético da UTA em funcionamento contínuo. Foram ainda desenvolvidos modos económicos de ope- ração para períodos de inatividade, contribuindo para uma gestão energética mais eficiente sem comprometer a segurança do ambiente de fabrico. A metodologia demonstrou ser eficaz e aplicável em diferentes contextos da unidade industrial, permitindo melhorar o controlo ambiental de forma fundamentada e sustentada. Finalmente, foram propostas várias direções para trabalhos futuros, incluindo o aprofunda- mento da modelação, a integração com o sistema de supervisão WinCC e o estudo do impacto da obstrução dos filtros no desempenho do sistema.
- Caracterização dos elementos das baterias de chumbo-ácido em fase de fabrico – efeitos no desempenho das bateriasPublication . Simões, Tiago Miguel Ricardo; Martinho, Alberto; Barreiros, JoséNum mundo cada vez mais tecnológico e informatizado, o uso de baterias tem-se tornado cada vez mais essencial e imperativo. Desta forma e em colaboração com a empresa Exide Technologies, desenvolveu-se um estudo destinado a caracterizar os elementos básicos das baterias de chumbo-ácido numa fase inicial de fabrico. Para tal, realizou-se um ensaio de potencial elétrico em baterias não formadas, o qual por limitações dos equipamentos disponíveis não foi possível concluir. Durante a preparação desse ensaio, suspeitou-se da existência de uma relação entre a resistência elétrica e a compressão dos elementos das baterias. Assim, para analisar esse fenómeno desenvolveu-se um ensaio de compressão desses elementos e, complementarmente, realizou-se um levantamento das resistências na linha de produção. Na continuação do estudo aplicou-se a técnica de espetroscopia de impedância eletroquímica em duas baterias não formadas, com vista à modelação do seu comportamento elétrico considerando os circuitos equivalentes reportados na literatura. Do trabalho desenvolvido resultou um melhor conhecimento dos elementos das baterias de chumbo-ácido, abrindo caminho para a utilização da técnica de espetroscopia de impedância na obtenção de características das baterias potencialmente correlacionadas com o seu desempenho futuro.
- Numerical modelling of passive solar stills with variable solar position and concentrated radiationPublication . Vitorino, Rui Miguel Leitão; Navalho, JorgeAccess to drinking water is an emerging issue worldwide, promoting the development of inexpensive and environmentally friendly desalination methods. Among them, passive solar stills are a potential contender since they are easy to implement, renewable energy- based, and suitable for decentralized applications. However, their comparatively lesser productivity prevents large-scale applications, which calls for experimental as well as computational investigations to identify design optimizations. This dissertation presents a detailed numerical study of passive solar stills using Ansys Fluent as a basis and enhanced by user-defined functions to describe heat and mass transfer, radiation exchange, and phase-change processes. The conventional single-slope basin still was first modelled and simulated against literature data for hourly productivity. The verified model served as a reference in the following investigation. Beyond the reference case, four additional designs were investigated: the conventional solar still with variable sun position, the inverted absorber still with concentrated solar radiation, the inverted absorber with a copper plate with the energy diffusion intention and a variable sun position version of the inverted absorber still. Comparative studies showed that varying the position of the sun reduces overall productivity, but ensures a more realistic approach. The inverted absorber configuration provided the highest average daily productivity due to ongoing heating by concentrated flux. Overall, the study confirms that design innovations—particularly the use of concen- trated radiation and absorber inversion—can significantly enhance freshwater production, making solar stills a strong player in sustainable desalination.
- Numerical Calibration of Windkessel Boundary Conditions In Ascending Thoracic Aortic Aneurysms. An Adjoint-Based Optimisation AlgorithmPublication . Candeias, Sofia de Almeida; Brito, Moisés; Xavier, JoséAn Ascending Thoracic Aortic Aneurysm (ATAA) is a permanent and abnormal dilation of the aorta. This condition is often associated with tissue degeneration driven by disturbed hemodynamics, genetic predispositions and environmental factors. Two major aspects influencing numerical simulations are the geometry and the def- inition of boundary conditions. While geometric reconstruction has seen significant advances, the prescription of physiologically accurate boundary conditions remains a critical and challenging aspect, particularly at the outlet sections of the model. Among the commonly used boundary conditions, the Three-Element Windkessel (3WK) model is widely adopted to approximate the effect of the downstream vasculature. Often referred to as a Resistance-Capacitor-Resistance (RCR) boundary condition, the model consists of a simple lumped-parameter circuit comprising a systemic resistance (𝑅𝑠 ), a peripheral resistance (𝑅𝑝 ) and a capacitor (𝐶). In this context, the primary objectives of this dissertation are: (i) to develop an algorithm that automates the calibration of RCR boundary conditions across all outlets of patient-specific ATAAs; and (ii) to validate the proposed numerical tool. To achieve these objectives, an in-depth analysis of various techniques for estimating boundary conditions was first conducted, with the goal of identifying their limitations and assessing their applicability. Based on this analysis, the adjoint-based method was selected and adapted to better suit the specific requirements of the problem at hand. Numerical implementation was carried out by developing an optimisation algorithm that iteratively executes multiple Reduced Order Model (ROM) simulations, adjusting boundary conditions until the simulated pressures match the target values. Once conver- gence is achieved, the calibration is deemed complete. In the absence of experimental data, numerical validation was performed by comparing the calibrated pressure curve to normalised pressure waveforms reported in the literature. Calibration was conducted on three 1D geometries: a straight single vessel, a bifur- cated vessel and a patient-specific ATAA. The calibrated RCR values were subsequently implemented in a Fluid-Structure Interaction (FSI) simulation of the corresponding 3D ATAA geometry, to assess accuracy of the adjoint-based calibration. The results demonstrate that the developed numerical optimisation tool successfully calibrates RCR boundary conditions. The method accurately reproduces simulated pres- sures within tolerance, with parameter sensitivity analyses highlighting the strong influ- ence of initial estimates on waveform morphology. Extension to bifurcated and aneurysmal geometries demonstrates robustness, though non-uniqueness of parameter sets and wave- form fidelity remain as limitations. When implemented in FSI simulations, the calibrated values yield results consistent with a manually-guided iterative approach. Only minor differences in displacement fields, velocity profiles and stress distributions are observed. Despite the lack of experimental data for direct validation, comparisons with reference waveforms confirm physiological plausibility. The proposed calibration algorithm is able to generate physiologically consistent RCR parameters that yield pressure waveforms comparable to those obtained through conventional iterative methods. This underscores its potential as a reliable and automated alternative for prescribing outlet boundary conditions in patient-specific cardiovascular simulations.
- Application of Natural Language Processing in Aviation Maintenance Management: Teaching machines to classify aircraft zones from maintenance reports using BERTPublication . Lopes, Mariana Mendes; Dinis, DuarteIn the aircraft Maintenance, Repair and Overhaul (MRO) industry the high uncertainty of resources needed for a given operation is a very recurrent problem. This implies that being able to collect and analyze data from past events in order to predict for future operations provides a given company with more stability of outcomes and a competitive advantage in the industry. However, for most companies this is not the case. The heterogeneous manner in which the data is collected and stored causes it to be often disregarded or at least not used in its completeness. In the presented dissertation a NLP model is developed. This model analyses free text fields with the purpose of allowing MRO companies to exploit as much valuable information as possible from the maintenance reports generated throughout its activity. The model will focus on categorizing the zone of the aircraft where each maintenance task was performed. A BERT model was developed based on the existing maintenance reports of a Portuguese MRO. The research was performed with the support of the University of Bergamo, in which another work used the same dataset, but with different NLP models, in order to allow for comparison. An accuracy of 85.69% was obtained with BERT. A sensitivity analysis was also performed, showing that the most adequate combination of hyperparameters consisted in a longer warm-up period for the learning rate, along with low levels of both learning rate and dropout probability. The developed model is intended to be adaptable to other maintenance industries, other than aviation, or even to other economic sectors with due adaptations.
- Development and Validation of a Filament Extrusion System for Precision Diameter ControlPublication . Correia, Miguel Portásio; Duarte, Valdemar; Soares, BrunoThis dissertation addresses the challenge of producing high-quality customized, consistent 1.75 mm diameter filament rolls for additive manufacturing (AM). Inconsistent diameter, which directly impacts print quality and material efficiency, remains a common issue in the polymer extrusion, especially significant when aiming for the industry-standard tolerance of ± 0.05 mm, crucial for achieving dimensional accuracy and reliable print results. While earlier iterations of the developed machine demonstrated functional extrusion, they lacked the essential peripheral mechanisms required for precise control over filament diameter. This project aims to develop a solution by introducing essential auxiliary systems, including a cooling mechanism, puller, diameter sensor, and a closed-loop control system. The proposed modifications allow for real-time adjustments to maintain filament diameter within the required tolerance. The design, development, and testing of these systems are presented, with specific emphasis on optimizing the extrusion parameters. Extrusion was performed using exclusively virgin PLA. Results show that the final machine iteration produces filament with a diameter of 1.75 ± 0.1 mm and a cross-sectional area of 2.43 ± 0.07 mm2. Compared to Prusament PLA Prusa® Orange filament, the extruded filament achieved a tensile strength of 45.8 MPa, while the Prusament filament measured 46.3 MPa. Print quality tests demonstrated that the extruded filament closely matched the Prusament filament, with similar surface finish, dimensional accuracy, and performance in overhangs and bridging. The developed firmware also successfully regulated motor speed, achieving stable filament production and confirming the viability of a cost-effective, in-house extrusion system.
- Integração de Tecnologias de Climatização no Setor da Indústria Farmacêutica: Impacto na Sustentabilidade, Eficiência Energética e Conforto TérmicoPublication . Martins, Leonardo Fernandes; Cardoso, JoãoA presente dissertação tem como principal objetivo, o desenvolvimento de uma solução de AVAC para um edifício em expansão, pertencente a uma unidade industrial do setor farmacêutico e que se encontra localizada em Sintra. O grupo industrial em questão dedica-se à investigação, desenvolvimento e fabrico de novos medicamentos, por isso a solução desenvolvida foi ao encontro dos elevados padrões e exigências característicos deste setor, de forma a não comprometer o desempenho e objetivo das atividades desenvolvidas no edifício. Devido à exigência de tais atividades realizadas neste novo edifício, foi necessário um cuidado rigoroso no dimensionamento dos sistemas, no controlo da qualidade do ar e na garantia das condições ideais de conforto térmico nos diferentes espaços. Ao mesmo tempo, o aumento dos custos dos recursos energéticos e as preocupações ambientais relacionadas às emissões de CO₂, incentivaram o desenvolvimento de uma solução alinhada segundo os princípios da transição energética atual. Essas medidas incluíram, entre outros aspetos, a adoção de sistemas que promovem a recuperação de energia e o controlo remoto dos equipamentos por via de um sistema de gestão técnica centralizada. Outro aspeto relevante, foi a otimização do desempenho dos vãos envidraçados, com o objetivo de reduzir a carga térmica nas escadas exteriores envidraçadas, o que permitiu minimizar o efeito de estufa no seu interior. Por fim, foram desenvolvidas as redes hidráulica e aeráulica, realizada a seleção dos equipamentos de climatização e elaborados os diagramas técnicos da especialidade que complementam o presente estudo.