ESTG - Mestrado em Engenharia Mecânica - Produção Industrial
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- Melhoria do processo de gestão de ativos na fabricação de produtos de gesso técnico para a construçãoPublication . Santos, Luís Miguel da Costa; Gaspar, Marcelo Rudolfo Calvete; Correia, Mário António Simões; Ferreira, João Manuel Nogueira Malça de MatosO presente projeto, elaborado no âmbito do Mestrado em Engenharia Mecânica – Produção Industrial, enquadra-se na melhoria do processo de gestão de ativos da Gyptec Ibérica, através da conceção, dimensionamento, implementação e otimização de uma unidade de britagem de gesso natural integrada no processo produtivo. O trabalho envolveu o desenvolvimento do layout da instalação, o dimensionamento dos principais equipamentos e a implementação da arquitetura de automação e controlo necessária ao seu funcionamento. A necessidade de substituição do gesso sintético, decorrente do encerramento das centrais termoelétricas a carvão no contexto da transição energética europeia, exigiu a adaptação do processo e a implementação de uma unidade de britagem eficiente e automatizada. O trabalho inclui a análise do processo produtivo, o dimensionamento dos principais equipamentos e o desenvolvimento de uma solução de automação baseada em PLC, HMI e sistemas SCADA. São também abordados os sistemas de controlo de alimentação e pesagem, redes de comunicação industrial e medidas de segurança e controlo de poeiras, essenciais para garantir a fiabilidade da operação. Adicionalmente, é analisado o desempenho energético da unidade, com enfoque na otimização do consumo elétrico e integração com produção fotovoltaica. É ainda realizada uma avaliação do ciclo de vida da cadeia de abastecimento de gesso, permitindo comparar diferentes cenários e respetivos impactes ambientais. Os resultados demonstram que a solução implementada assegura uma operação eficiente, segura e otimizada, contribuindo para a sustentabilidade e competitividade industrial.
- Estudo para melhoria na resistência à corrosão em peças fabricadas em liga A356 aplicadas em acoplamentos hidrodinâmicos a águaPublication . Lozzi, Edmar Lourenço; Vieira, Milena Maria Nogueira; Correia, Mário António SimõesEste projeto, desenvolvido na engenharia da empresa Power Master, apresenta resultados com potencial estratégico para solucionar um dos desafios mais críticos dentre os produtos da companhia, a degradação prematura por corrosão dos componentes estruturais dos acoplamentos hidrodinâmicos que operam com água, fabricados em liga A356. O estudo não visa somente o aumento na vida útil do componente, mas também a redução nos custos de manutenção e no impacto ambiental gerado pela utilização de óleo mineral e seu descarte. Os procedimentos experimentais envolveram a fabricação de 28 corpos de prova, submetidos a quatro condições experimentais, cruzamento entre os tratamentos térmicos T6 e T71 e os processos de tratamento superficial anodização natural (tipo II) e anodização dura (tipo III). As propriedades mecânicas foram validadas através dos ensaios de dureza Brinell e tração, de modo a garantir que as condições experimentais atenderiam aos requisitos mínimos da aplicação. Para avaliação da resistência à corrosão, um corpo de prova com cada condição experimental foi submetido ao ensaio de corrosão acelerada em névoa salina (salt spray), de acordo com a norma ASTM B117-25. Os resultados revelaram uma descoberta contraintuitiva para a prática industrial comum, pois a combinação T6 com anodização dura apresentou desempenho inferior ao esperado, enquanto a combinação que apresentou o melhor resultado no ensaio de corrosão acelerada foi a amostra com tratamento térmico T71 e anodização natural. Esta configuração demonstrou atender aos requisitos de resistência mecânica e mostrou-se a solução mais robusta para a aplicação proposta. Este estudo conclui que a alteração no padrão de fabricação das peças para os processos T71 + anodização natural representa um avanço nos objetivos da empresa em relação ao aumento no ciclo de vida do produto e consequente redução nos impactos secundários.
- Avaliação do Ciclo de Vida do Processo de Dissolução/Precipitação no Tratamento de Resíduos PlásticosPublication . Cunha, Joel do Espirito Santo da; Oliveira, Nelson Simões; Heleno, Maria Lizete LopesO crescente consumo de plásticos torna cada vez mais relevante o desenvolvimento de estratégias sustentáveis para a reciclagem. O presente projeto teve como objetivo propor e validar um método de separação de uma mistura de resíduos plásticos através do processo de dissolução/precipitação. Para tal, a abordagem integrou a seleção de solventes verdes, a avaliação dos riscos associados e a otimização das condições operacionais, visando maximizar a eficiência do processo e o seu impacte ambiental. Numa segunda fase, foi desenvolvida uma Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) para identificar e quantificar impactes ambientais do processo proposto, permitindo a comparação com as soluções de fim de vida convencionais: a deposição em aterro e a incineração. A unidade funcional considerada correspondeu ao tratamento de 100 kg de resíduos plásticos, com vista à recuperação dos polímeros, numa abordagem porta-a-porta (gate-to-gate), abrangendo as etapas de pré-tratamento e as operações unitárias associadas ao processo de dissolução/precipitação. A avaliação foi realizada com recurso à metodologia de avaliação de impacte Environmental Footprint (versão 3.1) e ao software SimaPro, recorrendo a dados primários (obtidos experimentalmente e por via bibliográfica) e a dados secundários provenientes da base de dados Ecoinvent (versão 3.11). Os resultados evidenciaram que as emissões difusas de solvente e anti-solvente são os principais responsáveis pelos impactes nas categorias de formação fotoquímica de ozono (47,8%) e toxicidade humana, cancerígenos (5,5%). Por outro lado, o consumo de energia elétrica, associado sobretudo às etapas de destilação, domina as restantes categorias de impacte mais relevantes: utilização de recursos minerais (9,0%) e fósseis (8,2%), toxicidade humana, não cancerígenos (5,2%) e alterações climáticas (4,2%). Apesar do processo em estudo apresentar impactes ambientais superiores à incineração e deposição em aterro, este trabalho contribuiu para disponibilizar uma possível metodologia para a seleção de solventes e separação de uma mistura de resíduos plásticos. Adicionalmente, apresenta um modelo de escalonamento do nível laboratorial para o industrial, fornecendo um inventário detalhado e resultados específicos que servem de base para otimização e implementação desta tecnologia no âmbito da economia circular.
- Influência de defeitos de fabrico na resistência ao impacto mecânico de uma embalagem de vidroPublication . Marques, Carolina Felix; Simões, Fábio Jorge Pereira; Novo, Paulo Jorge da Costa ParenteA indústria vidreira opera num mercado global onde empresas de diferentes partes do mundo competem pela mesma base de cliente, principalmente na indústria alimentar. Para se manterem competitivas, as empresas precisam de otimizar os processos produtivos, e garantir, acima de tudo elevados padrões de qualidade. A presente dissertação surge após reclamações reincidentes de quebras na linha de enchimento, de um frasco cujo cliente é um dos maiores da unidade da Marinha Grande da empresa BA Glass e tem como finalidade identificar os principais fatores que influenciam a diminuição da resistência ao impacto mecânico desse frasco. Para tal, foram estudadas ao pormenor três etapas do processo produtivo passando pela fusão da matéria-prima, aplicação de tratamentos de superfície e moldação. No final da dissertação conclui-se que a espessura do revestimento dos punções e a rugosidade da superfície do mesmo podem influenciar de forma negativa a resistência ao impacto da embalagem de vidro em estudo.
- Vision Based Bin-Picking of Inserts for Injection MouldingPublication . Empadinhas, Inês Miguel da Silva; Neves, Carlos Fernando Couceiro de Sousa; Coelho, Paulo Jorge SimõesEste projeto consiste na identificação de metodologias de visão computacional e hardware para o desenvolvimento de um sistema de bin-picking. O protótipo desenvolvido identifica insertos, produzidos num tecido preto e rígido, dentro de uma caixa e posiciona-os de uma forma organizada. O posicionamento dos insertos tem de ser preciso e permitir que um robô cartesiano integrado numa máquina de injeção os apanhe corretamente para posicionamento dentro do molde de injeção. Numa fase inicial deste projeto, foi realizado um estudo do estado da arte para identificar as metodologias de visão computacional e de hardware que melhor se adaptam a situações em que objetos se encontram de forma desorganizada e com oclusões. Com base nas conclusões deste estudo, um protótipo de um sistema de bin-picking foi desenvolvido incluindo um robô com 6 graus de liberdade, um sensor RGBD, métodos clássicos de visão computacional e, também metodologias de aprendizagem automática. Os primeiros testes experimentais tiveram como objetivo determinar oportunidades de melhoria ao protótipo, e estas melhorias foram implementadas. O desempenho do sistema foi avaliado com base num teste de esvaziamento da caixa e ensaios com diferentes quantidades de peças dentro da caixa. Nesta avaliação foram utilizadas métricas como “Tempo de ciclo médio”, “Número máximo de tentativas até apanhar uma peça corretamente” e “Análise de rejeições”. O protótipo atingiu o desempenho desejado, cumprindo o tempo de ciclo. Os resultados obtidos confirmam a viabilidade do sistema; ainda assim, são propostas melhorias para o desenvolvimento do sistema industrial nas suas condições de funcionamento finais.
- Estudo do Processo de Decapagem Química em tubagem inox na Empresa PRFPublication . Simplício, Gonçalo Manuel Pedro; Heleno, Maria Lizete LopesO presente trabalho incide sobre a avaliação e otimização do processo de decapagem química assistida por ultrassons aplicado a tubagens de aço inoxidável, desenvolvido nas instalações da empresa PRF- Gás, Tecnologia e Construção, S.A. A decapagem química é uma etapa essencial para garantir a limpeza e preparação adequada de superfícies metálicas, especialmente em setores que exigem elevados padrões de qualidade e resistência à corrosão, como o transporte e armazenamento de Gás Natural Liquefeito (GNL) e hidrogénio. Tradicionalmente realizado de forma manual, este processo apresentava limitações operacionais e riscos ocupacionais que motivaram a adoção de uma tecnologia assistida por ultrassons, a qual combina cavitação e ação química para melhorar a eficácia do tratamento. A metodologia adotada baseou-se na identificação das condições do processo de decapagem, no estudo das condições existentes na PRF e na realização de ensaios experimentais com variáveis controladas, onde foram analisados os efeitos da potência dos ultrassons, do tempo de imersão e da presença de pré-lavagem na qualidade da decapagem. Foi aplicada a metodologia Design of Experiments (DOE), complementada com análises estatísticas de regressão linear múltipla e análise de variância (ANOVA), permitindo identificar os fatores com maior impacto no desempenho do processo. Os resultados demonstraram que, embora o tempo de exposição seja um fator relevante, a interação com a temperatura e a condição química do banho é determinante para garantir resultados excelentes. Com base na análise realizada, foram propostas melhorias técnicas e operacionais que visam otimizar o processo de decapagem na PRF, promovendo maior eficiência, segurança e sustentabilidade.
- Efeito da Reciclagem no Desempenho de Materiais PlásticosPublication . Martins, Diogo Manuel Gomes; Matias, João ManuelA crescente produção e consumo de plásticos têm gerado preocupações ambientais significativas, tornando a reciclagem uma estratégia essencial para a redução do impacto ambiental e para a promoção da economia circular. Neste contexto, o presente trabalho investiga o efeito da reciclagem no desempenho do PVC, um dos polímeros mais utilizados em aplicações industriais e de consumo. Partindo de uma formulação de referência, foram desenvolvidas cinco novas composições contendo cargas minerais e plasticizantes de base biológica, com o objetivo de avaliar o potencial destes aditivos na melhoria das propriedades do material reciclado. As amostras foram submetidas a quatro ciclos sucessivos de reciclagem mecânica, sendo depois testadas mecanicamente (densidade, dureza, abrasão, tração e compressão) e morfologicamente (TGA. MFI, DSC e FTIR) com o objetivo de avaliar as variações nas propriedades face à primeira granulação. Os resultados evidenciam que a reciclagem sucessiva provoca alterações no desempenho do PVC e das suas formulações modificadas, com destaque para fenómenos de degradação estrutural e perda de desempenho mecânico após múltiplos ciclos. Contudo, observou-se que a presença de cargas minerais e plasticizantes biológicos influenciou de forma diferenciada a estabilidade e as propriedades das formulações, oferecendo potenciais benefícios em determinadas condições de processamento. Este estudo contribui para o avanço do conhecimento sobre o comportamento de materiais plásticos reciclados modificados com aditivos alternativos. Os resultados não apenas reforçam a compreensão dos mecanismos de degradação associados à reciclagem repetitiva, mas também apontam caminhos para a formulação de compósitos mais resistentes e ambientalmente responsáveis. Assim, este trabalho fornece conhecimentos relevantes tanto para a engenharia mecânica, no que respeita ao desenvolvimento de metodologias de caracterização e otimização de processos, como para a indústria dos polímeros, que enfrenta o desafio de conciliar eficiência técnica com sustentabilidade.
- Estudo da Transferência de Calor em Moldes de Moldação por InjeçãoPublication . Parreiras, Diogo Domingues; Martinho, Pedro Miguel Gonçalves; Martinho, Nuno Alexandre GonçalvesA moldação por injeção de termoplásticos é um processo industrial dominante, no qual o desempenho térmico do molde condiciona diretamente o tempo de ciclo e a qualidade dimensional das peças. A fabricação das zonas moldantes é uma das fases mais importantes e demoradas para a conceção de peças plásticas, por isso a prototipagem rápida surge como uma importante ferramenta para redução de tempos e custos de desenvolvimento/fabrico. Tradicionalmente, a arquitetura dos canais de refrigeração está sujeita a algumas restrições no seu desenho, por isso o recurso ao fabrico aditivo permite ultrapassar parte destes obstáculos, dado que é possível uma maior liberdade geométrica na conceção do sistema de refrigeração. O objetivo principal deste trabalho consistiu em estudar a transferência de calor em moldes de injeção, avaliando diferentes materiais moldantes e configurações de canais de refrigeração, e em estabelecer uma metodologia integrada de análise experimental e numérica. Tendo em vista este objetivo, desenvolveram-se as etapas a seguir descritas. Conceberam-se e fabricaram-se blocos moldantes em resina epóxi com cargas condutivas e em ABS (Acrilonitrila-Butadieno-Estireno) produzido por fabrico aditivo, incorporando layouts de canais convencionais e conformáveis. Selecionaram-se propriedades térmicas — condutividade (k), massa volúmica (ρ) e capacidade calorífica (cp) — a partir de fichas técnicas e literatura, definindo-se geometrias representativas da prática industrial. Realizaram-se ensaios de moldação em condições controladas, nomeadamente temperatura do fuso, temperatura do molde, transição de velocidade para pressão, compactação, caudal e temperatura do fluido de arrefecimento. Instrumentaram-se pontos no molde e registaram-se as temperaturas de entrada e saída nos circuitos, construindo séries temporais por ciclo para estimar a remoção de calor. Executaram-se simulações numéricas (Moldex3D) para prever enchimento, arrefecimento e empeno, obtendo mapas de temperatura, gradientes superficiais e tempo até ao critério de extração, comparando canais convencionais e conformáveis. Modelaram-se, via CFD (ANSYS CFX), os circuitos de refrigeração, varrendo caudais e temperaturas de entrada, coeficientes convectivos locais e fluxo de calor por circuito. Compararam-se os resultados experimentais com as previsões das simulações, validaram-se tendências térmicas e calibraram-se parâmetros — como a resistência térmica de contacto — de forma a reduzir desvios nas temperaturas de saída e nos gradientes superficiais. Quantificaram-se métricas de desempenho, incluindo variações de temperatura, tempo de arrefecimento, calor transferido por ciclo e empeno. Concluiu-se que os canais conformáveis reduziram significativamente os gradientes de temperatura superficial, permitindo tempos de arrefecimento mais curtos e menor empeno previsto. A metodologia integrada proposta demonstrou ser eficaz para apoiar a otimização de moldes, recomendando-se a sua extensão através de planeamento de experiências (DOE – Design of Experiments) de parâmetros de refrigeração e da medição direta de propriedades térmicas e resistências de contacto.
- Gestão de Ativos Físicos numa Empresa MetalomecânicaPublication . Couto, Bruno Félix; Pereira, António Mário HenriquesA gestão de ativos físicos é essencial para a eficiência e competitividade das empresas de todos os setores da indústria, através desta será possível obter um melhor desempenho, prolongando a vida dos ativos físicos e garantindo o nível de qualidade dos produtos por estes concebidos. O principal objetivo do projeto é a Melhoria da Gestão de Ativos Físicos, na vertente de equipamentos na empresa. Para isso foram analisadas várias vertentes do processo de manutenção, desde o fluxo de trabalhos, o registo de informação, o planeamento, e o tratamento de dados para obtenção de indicadores de desempenho chave de modo a avaliar o estado do ativo. Através de uma metodologia Investigação-Ação será desenvolvido um caso prático numa empresa metalomecânica. Foram aplicadas diversas metodologias no desenvolvimento deste estudo, nomeadamente, os 5S, Diagrama de Pareto, Standard Work, Gestão Visual e uma Análise Económica, de forma a encontrar a fórmula mais adequada de obter melhorias que acrescentem real valor. Pela análise dos resultados deste estudo verifica-se que a melhoria do sistema de gestão de ativos para um sistema robusto e o uso estratégico de indicadores de desempenho chave contribuem significativamente para a sustentabilidade e eficiência operacional da empresa. Dos resultados destacam-se o incremento do cumprimento do plano de manutenção preventiva de 60% para 77,6% e uma eficiência geral do equipamento de 75,2% para 84,9%.
- Diseño y validación experimental de equipos para el análisis de la fricción entre materialesPublication . Moreno, Fausto Abel Tapia; Correia, Mário António Simões; Coelho, Paulo Jorge SimõesEsta tesis presenta el diseño, construcción y validación experimental de un tribómetro modular y asequible, que tiene como objetivo la comparación de la fricción y el desgaste entre materiales. Esto se realiza bajo criterios de precisión y reproducibilidad que cumplen con la norma internacional ASTM G99. El equipo fue diseñado teniendo en cuenta las restricciones presupuestarias que caracterizan a los laboratorios universitarios. Se incluyó un sistema de peso muerto ajustable, sensores de carga (verticales y horizontales) y una estructura de aluminio que es sencilla para montar y adecuada para diferentes condiciones experimentales. El estudio se centró en describir el comportamiento tribológico de muestras cilíndricas de nylon y acero de construcción que fueron expuestas a cargas normales de 9,77 N, 15,51 N y 33,52 N y recorridos de hasta 2.000 m sobre superficies abrasivas normalizadas. La medición de las fuerzas tangencial y normal en tiempo real, además del cálculo del coeficiente de fricción promedio e instantáneo, fueron parte del protocolo experimental. Igualmente, se llevaron a cabo cálculos de la potencia y energía vinculadas con el proceso de fricción, así como del desgaste por medio de la disminución de volumen y masa. Se verificó el control metrológico de los instrumentos empleados para asegurar la confiabilidad de los resultados y se llevaron a cabo las estimaciones pertinentes. Los hallazgos experimentales mostraron que el tribómetro puede obtener coeficientes de fricción estables y constantes para los dos materiales (nylon: 0,28-0,60; acero: 0,20-0,75), así como tasas de desgaste y energía disipada compatibles con la bibliografía y los valores estándar para mecanismos abrasivos equivalentes. Se encontraron beneficios tecnológicos en el modularidad, la facilidad para recalibrar el peso aplicado y la fortaleza de la estructura; sin embargo, también se detectaron desafíos relacionados con tener que volver a calcular el peso muerto si se altera la distancia o el radio efectivo del porta-probeta. Este avance constituye una aportación significativa tanto a nivel académico como tecnológico, ya que permite la extensión de ensayos tribológicos normalizados a situaciones con recursos escasos y da pie a nuevas líneas de indagación en la optimización de materiales y métodos experimentales en el campo de la tribología.