FCT: DEMI - Dissertações de Mestrado
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- DESEMPENHO TERMOQUÍMICO TRANSIENTE DE UM REATOR SOLAR VOLUMÉTRICO APLICADO À REFORMAÇÃO DE METANO COM VAPOR DE ÁGUAPublication . Raposo, Francisco Miguel de Brito; Navalho, JorgeAos dias de hoje, a dependência de fontes de energia como os combustíveis está fortemente refletida em todo o planeta. Estas não só são muito poluentes, mas também altamente influenciáveis por relações geopolíticas. Está-se perante um ponto de viragem na indústria energética, estando pre-visto atingir-se, num futuro próximo, o ponto de saturação do excedente energético de energias fósseis. Com isto, torna-se fundamental o aumento da produção de energias alternativas. Apesar da facilidade de comercialização de soluções de fotovoltaicas, as tecnologias de concentração de radiação solar apresentam potencial para serem vistas como uma solução alternativa. Dentro destas tecnologias, o coletor de disco parabólico é o que consegue garantir uma melhor eficiência de conversão de radiação em eletricidade. Também a reformação de metano com vapor de água oferece uma boa estabilidade química para janelas de temperatura de funcionamento mais baixas. Assim, para esta dissertação, é considerado o estudo da influência de regimes transientes abruptos das condições de operação (forne-cimento de radiação e velocidade do escoamento) na estabilidade e eficiência do processo químico. Considera-se um reator volumétrico com uma espuma cerâmica de SiC revestida a Rh/Al2O3 e um rá-cio de 3:1 para a admissão de moléculas de H2O e CH4. O desempenho do reator é previsto através da aplicação de um modelo 1D ao longo da coordenada principal do escoamento, considerando a condi-ção de não-equilíbrio térmico local entre o fluido e a fase sólida. Observa-se que, para qualquer falha total das condições de operação do reator, a perda de desempenho pela parte do mesmo é quase ins-tantânea ((𝑆H2)𝜏=5 s=23,0%). Por outro lado, para aumentos totais, o sistema apresenta uma maior inércia para a zona de saída do meio poroso. Quando a alteração das condições de operação não é feita de forma total, o sistema apresenta uma resposta rápida e mantém a estabilidade do processo químico (𝜂𝑐ℎ𝑒𝑚=28,4%). Para alterações da velocidade, o novo estado de equilíbrio atinge-se rapidamente, mas mais longe da secção de entrada, enquanto para alterações do fornecimento de radiação, observa-se o contrário.
- Simulação Numérica de um Modelo de Cinética Química para a Produção de MetacaulinoPublication . Galvão, Vasco Tavares; Albuquerque, DuarteA produção de cimento é responsável por cerca de 8% das emissões globais de CO2, valor que resulta sobretudo da calcinação de matérias-primas e da utilização de com- bustíveis fósseis. Neste contexto, embora o metacaulino surja como uma alternativa com menor impacte carbónico que o clínquer, o seu processamento continua energeticamente intensivo e associado a emissões relevantes. Nesta dissertação é desenvolvido um modelo numérico capaz de descrever a reação de desidroxilação da caulinite, com o objetivo de estabelecer uma base para a modelação de processos por micro-ondas. O modelo combina uma formulação cinética de primeira ordem, obtida por linearização da equação de Coats–Redfern a partir de dados experimen- tais de aquecimento não isotérmico, com um balanço de energia que incorpora a natureza endotérmica da reação. O software comercial COMSOL Multiphysics foi utilizado para os cálculos numéricos que acoplam as interfaces cinética química e térmica. As simulações, representativas de um processo de aquecimento elétrico resistivo à escala laboratorial, mostraram concordância com dados experimentais de referência e permitiram estimar consumos energéticos e emissões específicas de CO2. Estes resultados indicam a adequação do modelo para a análise de processos de calcinação eletrificados, criando condições para a sua comparação com abordagens convencionais baseadas em combustíveis fósseis.
- Desenvolvimento de uma Estratégia de Deteção de Fugas Internas em Válvulas IndustriaisPublication . Costa, Rafael Varela; Machado, Miguel; Inácio, PatrickA dificuldade de detetar fugas internas em válvulas industriais, assim como a procura de formas para a facilitar e agilizar são as grandes motivações por de trás do desenvolvimento da Dissertação. É através de uma monitorização contínua que é possível evitar tanto o aumento de custos, como o aumento do risco da segurança dos trabalhadores prevenindo a falha do equipamento com antecedência. Este tipo de monitorização não é isento de obstáculos, nomeadamente a sua imprevisibilidade, derivada dos diferentes tipos possíveis de condições em que as válvulas podem funcionar. Foram idealizados diversos testes com a finalidade de descobrir qual o método mais eficiente para a monitorização de válvulas, com o objetivo de detetar e quantificar fugas internas presentes nas mesmas, atempadamente. Foi modelado e assemblado o protótipo utilizado, que possibilitou a realização de diferentes testes ao funcionamento da válvula utilizada. Estes testes foram realizados com recurso ao microfone ótico e a sensores de EA, através da simulação de fugas, com o controlo da abertura da válvula, e com a criação das fugas, danificando o obturador. Através do estudo dos dados recolhidos foram analisadas as influências que os parâmetros e condições iniciais têm no funcionamento da válvula e foram recolhidas frequências geradas durante a presença de fugas internas na mesma. O objetivo foi captar estas frequências posteriormente, possibilitando a deteção da fuga interna. Concluiu-se que, para as condições estudadas, a gama de frequências geradas na fuga interna foi de aproximadamente 25 kHz. Para possibilitar a deteção destas fugas foi necessário desenvolver uma solução que assinalasse a presença das mesmas através da captação de frequências.
- IN-SITU HOT FORGING WIRE AND ARC ADDITIVE MANUFACTURING OF COPPERPublication . Gomes, Gonçalo de Oliveira Barrela Chaves; Duarte, ValdemarThe increasing demand for efficient and cost-effective manufacturing techniques for high electrical and thermical conductivity metals such as pure copper has driven interest in Wire and Arc Additive Manufacturing (WAAM). However, pure copper's inherent high thermal conductivity presents significant challenges, such as rapid heat dissipation, which leads to defective microstructures and mechanical properties in WAAM-produced components. This research addresses these issues by integrating in-situ hot-forging into the WAAM process, aiming to enhance the material properties and structural integrity of the produced copper components. Single layer and 6-layer beads were deposited to evaluate the different deposition parameters. Part of the bead was removed, prepared and further used to perform material characterisation techniques using the microscopy, Vicker's microhardness, uniaxial tensile tests, fractography and electrical conductivity measurement. The experimental results demonstrate that the in-situ hot-forging method successfully mitigates common defects in WAAM-produced copper, leading to an enhancement in material hardness and mechanical properties, for example. In the microstructure, grain refinement in multiple zones of the sample was observed, although this was expected to occur along the entire bead, assuming that the forging effects would be fully efficient. Regarding fractography and mechanical properties, it was verified a ductile type of fracture and an increase of approximately 18% in UTS and YS, on average. The hardness tests of the forged sample showed an improvement of about 16% comparing to the as-built sample. Also, an increase of 24% was verified on the electrical conductivity average values of the forged sample. Some of these improvements suggest that this variant technique could extend the applicability of copper, offering a promising solution to the limitations of conventional WAAM for copper.
- Roll Ready: Desenvolvimento de uma aplicação centrada no utilizador para assistência de treinos de BocciaPublication . Maurício, Carolina Henriques; Gabriel, AnaO Boccia é um desporto paralímpico que exige precisão, estratégia e excelente capaci- dade analítica. Nesta modalidade, em que o objetivo é posicionar bolas o mais próximo pos- sível de um alvo, é necessário ser capaz de efetuar uma boa gestão do tempo, visto que, o tempo que cada atleta tem para lançar as suas bolas é limitado. A Roll Ready é uma aplicação móvel para sistemas android que foi desenvolvida com o intuito de assistir treinos de Boccia, de uma atleta da classe BC3. Esta aplicação tem como principal objetivo facilitar a leitura das características de lançamento de cada bola, para que seja possível planear as jogadas com mais tempo. O envolvimento dos utilizadores nas várias iterações é algo crucial na criação de produtos relacionados com o desporto, pelo que, o de- senvolvimento desta aplicação teve por base o User-Centered Design. Esta é uma metodologia que envolve ciclos iterativos de desenvolvimento e que, no caso da Roll Ready, se materializou em três iterações, originando dois mock-ups e uma aplicação completamente funcional. Em cada iteração foram aplicados testes para avaliar a usabilidade e verificar se as funcionalidades se adequam à realidade do seu contexto de utilização. Ao longo deste processo foram aplica- dos testes de exploração livre (nas primeira e última iterações), Cognitive Walkthrough (na segunda iteração) e o questionário System Usability Scale (na última iteração). Na avaliação da última fase, que se caracteriza pela implementação da aplicação em Python e Kivy, foi obtido um bom resultado ao nível da usabilidade, tendo-se conseguido uma pontuação igual a 83,3 no questionário System Usability Scale. De forma geral, considera-se que os participantes ficaram satisfeitos com esta versão da aplicação e que a mesma poderá ser útil nos treinos de Boccia
- PROPOSTA DE UM MODELO AHP-TOPSIS PARA SELEÇÃO DE TECNOLOGIAS DE FLEXIBILIDADE ENERGÉTICAPublication . Bilau, João Tomás dos Santos; Cruz, Pedro; Ludovino, SusanaA crescente utilização de fontes de energia renovável, especialmente solar e eólica, tem aumentado significativamente a complexidade da gestão do sistema elétrico, que deve integrar essas fontes não despacháveis, ou seja, cuja produção não pode ser controlada em função da procura. Neste cenário, a necessidade de soluções de flexibilidade energética torna-se essencial para acomodar a maior participação de energias renováveis. Esta dissertação propõe uma abordagem focada em três pilares: (1) identificação das principais soluções de flexibilidade energética; (2) desenvolvimento de uma metodologia de análise multicritério (AHP-TOPSIS) para avaliar essas soluções; e (3) aplicação dessa metodologia a vinte tecnologias de flexibilidade adequadas ao contexto português. A implementação da metodologia resultou na criação de um ranking das tecnologias mais adequadas, evidenciando diferenças significativas entre as soluções recomendadas para colmatar diferentes necessidades, para o curto e médio/longo prazo. No curto prazo, os critérios de avaliação mais relevantes são o tempo de resposta, o CAPEX (investimento inicial) e a disponibilidade. As baterias de ião-lítio, a bombagem hidroelétrica e a resposta à procura industrial destacam-se como as soluções mais eficientes. Já no médio/longo prazo, os critérios mais críticos são a despachabilidade, o CAPEX e a disponibilidade, com as turbinas a gás de ciclo aberto (OCGT), ciclo combinado (CCGT) e a bombagem hidroelétrica ocupando os primeiros lugares do ranking, devido à sua capacidade de fornecer energia de forma confiável em períodos de baixa produção renovável. A comparação entre as necessidades de flexibilidade no curto e no médio/longo prazo evidencia algumas tecnologias eficazes em ambos os cenários, enquanto outras se destacam em horizontes específicos. A análise dos rankings revela a necessidade de uma estratégia diferenciada, combinando tecnologias de resposta rápida com soluções que consigam garantir uma geração prolongada, a fim de garantir a estabilidade do sistema elétrico. Através da proposta de um modelo de avaliação que considera os aspetos técnicos e económicos mais relevantes, esta dissertação contribuiu para a identificação das tecnologias que têm impacto positivo ou negativo nas diversas necessidades de flexibilidade, ajudando a facilitar a integração das energias renováveis no sistema elétrico. Adicionalmente, são apresentadas sugestões para estudos complementares sobre o tema.
- Maraging Steel Fabricated via Directed Energy Deposition: Process Parameters Development and Study of the Post-Deposition Aging Heat TreatmentPublication . Gamito, Guilherme Lopes; Duarte, Valdemar; Machado, CarlaThe additive manufacturing of Maraging Steels using Directed Energy Deposition Arc (DED-Arc) offers significant potential for producing high-strength and tough components making it attractive for aerospace and tooling applications. However, their precipitation hard- ening nature and high alloy content make them extremely sensitive to thermal cycles, leading to heterogeneous microstructures and anisotropic properties, which limits industrial adoption. In this work, a Design of Experiments (DoE) method was applied to optimize deposition parameters (voltage, wire feed speed, and travel speed) based on arc stability, checked through voltage signal analysis. After optimization, a conventional aging heat treatment (480 °C for 5 h) was performed to promote precipitation hardening. Mechanical properties were assessed through uniaxial tensile testing, complemented by optical microscopy and fractography. The optimized process parameters yielded an arc stability of up to 96%, enabling con- sistent, defect free deposits. As-built samples exhibited anisotropy, with vertical specimens outperforming horizontal ones in strength and ductility. Aging treatment significantly im- proved mechanical properties and reduced anisotropy, with mean ultimate tensile strength reaching 1650 MPa. Microstructural analysis revealed a martensitic matrix with reverted aus- tenite and precipitation hardening after aging. These results demonstrate that the combined optimization of deposition parameters and standard aging treatment enables the production of high-performance maraging steel com- ponents using the DED-Arc process.
- MODELLING OF OVERLAPPED DISSIMILAR JOINTS OF ALUMINIUM-POLYMER PRODUCED BY FRICTION STIR WELDINGPublication . Monteiro, Mafalda Rato; Soares, Bruno; Correia, ArménioThis dissertation focuses on the numerical modelling of overlapped dissimilar joints of Aluminium-Polymer produced by Friction Stir Welding (FSW). The study examines the behav- iour of Noryl™ Resin GFN2 and AA6082-T. Numerical and analytical models were developed to predict the behaviour of these welded joints under varying overlap lengths and applied tensile forces. Both approaches were applied to two-segment and three-segment beam models. The analytical model provided more conservative results due to simplifying assumptions, such as neglecting shear defor- mations and material plasticity. Increasing the overlap length reduced vertical displacement and secondary moments, indicating improved resistance to bending forces. For instance, with F=1000 N on the aluminium segment modelled with three segments, vertical displacement decreased from 0.336 mm to 0.318 mm, and the secondary moment reduced from 1284.4 Nmm to 1122.3 Nmm when tested with overlaps of 11 mm and 20 mm, respectively. This de- creasing is consistent across other load values and modelling configurations. Conversely, in- creasing the applied load led to higher vertical displacement and secondary moments. For a constant overlap of 11mm in the aluminium segment modelled with three segments, vertical displacement increased from 0.336 mm to 0. 659 mm, and the secondary moment rose from 1284.4 Nmm to 3327.5 Nmm when tested with applied forces of F=1000 N and F=3000 N, respectively. This increasing trend was also observed for other overlap lengths and modelling configurations. Results were validated against experimental data, emphasizing structural behavior under various loading conditions and joint overlaps.
- MELHORIA CONTÍNUA: UM ESTUDO DE CASO NA INDÚSTRIA AERONÁUTICAPublication . Alheio, Alexandre Marinheiro de Campos; Navas, HelenaAs empresas do setor aeronáutico, à semelhança de empresas de outros setores industriais, têm lidado com prazos de entrega cada vez mais curtos, falta de mão de obra qualificada, requisitos de clientes cada vez mais exigentes, entre outros fatores que levam a que as organizações sejam motivadas a melhorar os seus processos continuamente para obter vantagem competitiva em relação aos seus concorrentes. O presente estudo foi realizado na empresa OGMA S.A., uma organização focada na fabricação de material aeronáutico e na manutenção de veículos aéreos e respetivos componentes. O estudo em específico foi realizado na área de fabricação de aeroestruturas, sendo o objetivo do projeto de melhoria continua a redução do tempo de ciclo de uma estação pertencente a um processo de fabricação. Ao longo do desenvolvimento do estudo, foram utilizadas diversas ferramentas Lean ( gemba walk, análise DNA, mapeamento do fluxo de valor, gestão visual, trabalho padronizado,poka-yoke) assim como outras ferramentas de apoio como o brainstorming, a matriz de flexibilidade, e quadro SQDC. Foram desenvolvidas várias propostas de melhoria, tendo sido dado uma ênfase na padronização do processo de fabrico que, devido à idade do programa, apresentava deficiências no que toca à documentação técnica e procedimentos de produção. Ao longo da implementação do plano de melhoria verificou-se uma diminuição em 28% do tempo de ciclo da estação em estudo, assim como uma melhoria do estado de conservação do posto de trabalho, com vista a mitigar riscos de segurança operacional existentes, verificando-se a ocorrência de zero acidentes e incidentes desde a intervenção neste ponto.
- A Study on the Impact of Scrumban in Data Engineering TeamsPublication . Benoliel, António; Zutshi, AneeshIn today’s fast-paced software industry, reducing delivery times while maintaining product quality remains a critical challenge. Software development faces these increasing demands while relying on cross-functional collaboration, bringing the need to improve team interac-tions and collaboration. This study aims to analyse the implementation of a Scrumban framework in project man-agement, to understand if it is a good fit and worth keeping and improving. The study quan-tifies the impact of the framework on project performance and its effect on team members, all the while examining the adaptations applied to fit a data engineering context. The study used the evolution of the values gathered to study the progress and sustainability of the framework. An effective reduction of lead time by 51% was observed in six months, while reducing variability of results, throughput was also stabilized, leading to a more sustainable framework, capable of dealing with spikes in demand, and workflow was improved by reducing the age-ing of blockages by 54%. However, some improvement opportunities were also uncovered, like planning accuracy and product quality, which took a toll with faster delivery. As for the impact on members, an eNPS score of +43 was recorded, proving an overall satisfaction. Other measures that tested the framework's implementation success also tested positively, leading to a conclusion that the framework proved to be a good fit, with promising results, sustainable, and actionable improvements. This research brings value as an example and guide for other new adopting companies of Scrumban, giving details of the implementation and analysing the impact over months, while also delineating a path of next steps to further improve results.