ESTG - Mestrado em Engenharia da Conceção e Desenvolvimento de Produto
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Percorrer ESTG - Mestrado em Engenharia da Conceção e Desenvolvimento de Produto por orientador "Capela, Carlos Alexandre Bento"
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- Avaliação do desempenho mecânico do veículo FIPL001Publication . Pinto, Francisco José de Oliveira Teixeira; Capela, Carlos Alexandre BentoNesta dissertação é realizado um estudo experimental sobre o desempenho mecânico do veículo Formula IPLeiria 001, através da análise da rigidez torsional do chassis, e da análise de um caso de estudo para aplicação de tubos, de compósito laminado, em chassis tubulares. É exposto o processo de concepção e desenvolvimento de um chassis para a competição Formula Student, assim como as principais variáveis a considerar aquando do seu dimensionamento. As cargas estáticas e dinâmicas aplicadas à estrutura são analisadas e definidas neste estudo. Foi desenvolvida e construída uma mestra para testes de rigidez torsional, tendo em consideração os tipos de testes que podem ser efectuados para o cálculo da rigidez torsional. Foram realizados quatro variáveis de testes, aplicando cargas incrementais à direita e à esquerda do chassis. Os resultados foram tratados, discutidos e comparados com os valores obtidos na análise de elementos finitos, efectuada também no decorrer deste estudo. Através da análise de elementos finitos foi efectuado um estudo teórico comparativo entre o comportamento mecânico de tubos em compósito laminado com diferentes tipos de empilhamento e um tubo em aço referente ao chassis.
- Caracterização física e mecânica de compósitos híbridos de matriz poliméricaPublication . Lourenço, Lécio Manuel Gonçalves; Capela, Carlos Alexandre BentoNeste trabalho são apresentados um conjunto de estudos relativos ao desenvolvimento, fabrico e caracterização mecânica e física de materiais compósitos híbridos de matriz de resina epóxida Biresin L74 com diferentes frações mássicas de partículas metálicas, alumínio e latão (proveniente de desperdícios da indústria metalomecânica), aos quais foram adicionadas partículas curtas de fibra de vidro. Estes estudos permitiram selecionar um material para a construção de um absorvedor de um painel solar de águas quentes sanitárias AQS. Este absorvedor foi usado num protótipo de painel solar AQS, o qual foi testado ao nível de temperaturas de aquecimento da água produzida. No processamento destes materiais foi utilizada a técnica de mistura de vazamento em vácuo. Foram realizados ensaios de absorção de água ao longo do tempo e ensaios de densidade, por forma a poder avaliar a técnica de processamento utilizada. Foram, também, determinados os coeficientes de condutividade térmica para os diferentes materiais processados, a partir dos quais foi possível concluir que os valores aumentam com o aumento da fração mássica das partículas metálicas. A partir dos ensaios mecânicos estáticos concluiu-se que tanto o módulo como a tensão máxima aumentava com o aumento da fração mássica. A partir dos ensaios de DMA foi possível observar que os resultados obtidos apresentam a mesma tendência (módulo) para a temperatura ambiente. Foram obtidas as temperaturas de transição vítrea, a partir das curvas da tangente de perda e do módulo de perda e verificou-se que estes diminuem com o aumento da fração mássica. Verifica-se que as condições climáticas têm uma forte influência no comportamento do painel solar AQS ao nível do aquecimento das águas produzidas.
- Conceção e Desenvolvimento de Caixa de Relógio em Dióxido de ZircónioPublication . Barbara, Tiago Emanuel Inez; Capela, Carlos Alexandre Bento; Gaspar, Marcelo Rudolfo CalveteEstudo de projeto para desenvolvimento de um relógio de pulso recorrendo a materiais de última geração que melhorem o valor e apelo do produto face ao padrão utilizado na indústria, o aço inoxidável AISI 316L. Várias técnicas e metodologias de diferentes campos foram usadas para criar e desenvolver um produto que atenda às condições impostas, que tenha colocação no mercado e os méritos de um produto viável. Foi estudado o mercado recorrendo a questionários, entrevistas e revisão bibliográfica para identificar os requerimentos do projeto e gerar as especificações do produto. Durante a fase de Design, geraram-se vários conceitos recorrendo a um mapa de conceitos que foram posteriormente desenvolvidos, culminando em dois conceitos finais, testados recorrendo a técnicas de prototipagem virtual e física. Posteriormente, procurou-se otimizar o projeto avaliando os protótipos semi-funcionais gerados, identificando as áreas a ser melhoradas e desenvolvendo soluções que dessem resposta às melhorias propostas. Por fim validou-se o projeto utilizando uma ferramenta de Desenvolvimento da Função Qualidade e comparando as características e especificações do produto gerado contra os principais concorrentes em relação aos requerimentos do consumidor. A metodologia utilizada para o desenvolvimento do projeto, é uma variante do Design for Six Sigma, composta pelas fases Identificação, Design, Otimização e Verificação.
- Conceção e desenvolvimento de produto, ferramenta e célula de produçãoPublication . Cordeiro, Hélder Manuel Gaspar; Capela, Carlos Alexandre Bento; Ferreira, Irene Sofia CarvalhoO trabalho apresentado descreve todo o processo de conceção e desenvolvimento de um produto, ferramenta e célula de fabrico, realizado numa empresa de moldes situada na zona da Marinha Grande e denominada por Moldes RP – Indústria Moldes, Sociedade Unipessoal, Lda. Com o desenvolvimento deste novo produto, a empresa pretende atingir novos mercados, alargando a sua cadeia de valor a jusante do fabrico de moldes, integrando a componente de moldação por injeção e sopro, como forma de cimentar a sua posição no mercado global e assumir a conceção e desenvolvimentos de produtos como um eixo estratégico de negócios. Uma das formas de despoletar processos de desenvolvimento de produtos reside na identificação de oportunidades. Neste âmbito, e no respeitante ao produto em foco neste trabalho, verifica-se uma tendência para a proibição de utilização de copos de vidro em espaços públicos, nomeadamente concertos, eventos desportivos e praias, entre outros, o que força os promotores e consumidores a consumir bebidas em copos que respeitem estas condições.Neste contexto, foi identificada como oportunidade o desenvolvimento e produção de um copo de formas complexas e que respeite as condições descritas, tendo por base uma metodologia de conceção e desenvolvimento de produto eficaz. Para tal, o processo adotado como suporte ao desenvolvimento deste produto envolveu, desde os conceitos iniciais de identificação da ideia, pesquisa do estado da arte, análise do meio envolvente e a identificação de vantagens competitivas, até à definição clara de requisitos do produto para a geração do modelo. Complementarmente, e ao nível da produção do produto desenvolvido foi desenvolvida uma tecnologia que permite a obtenção do produto idealizado, através da integração da moldação por injeção sobreposta e moldação por sopro. De destacar que este desenvolvimento culminou num pedido de patente. Por último, e tendo em consideração a análise da viabilidade financeira do produto e processo de produção, é ainda efetuada uma estimativa inicial do custo do produto e o cálculo final do produto tendo em conta as condicionantes relativas ao processo de fabrico.
- DESENVOLVIMENTO DE CALÇADO ADAPTÁVEL A VÁRIOS NÍVEIS DE CONFORTOPublication . Silva, Célia Rosa Marques; Vasco, Joel Oliveira Correia; Capela, Carlos Alexandre BentoNo final do século passado, no setor do calçado, o paradigma da produção em massa foi alterado para um caminho de customização em massa em que o consumidor final tem um papel ativo no design. Neste século XXI as tecnologias inerentes à 4ª revolução industrial assim o permitem e potenciam esta dinâmica. Conscientes desta realidade as indústrias de calçado traçam uma estratégia de desenvolvimento de produtos dirigidos ao individuo com vista à realização dos seus desejos, sendo que o conforto do calçado é um dos mais prementes. Neste trabalho é realizado um estudo de um dos aspetos mais importantes do conforto do pé no sapato: o conforto da planta do pé, o que remete para os componentes palmilha e entressola do sapato. A biodinâmica e fisiologia do pé são estudadas e as zonas da planta do pé que são críticas em termos de necessidade de conforto são definidas. É desenvolvida uma geometria de uma entressola a caber dentro de uma sola pré-existente devidamente escolhida e modificada para o efeito. São selecionadas diversas estruturas lattice que darão origem a corpos de prova que serão fabricados por tecnologias SLA, Polyjet® e LSPc. A tecnologia LSPc é selecionada, bem como 3 tipologias de estruturas lattice que são impressas e sujeitas a testes mecânicos realizados no Centro Tecnológico do Calçado de Portugal (CTCP) para aferir as propriedades de amortecimento. Tendo como base os resultados dos testes a entressola é preenchida com as 3 tipologias de lattices devidamente distribuídas pelas zonas pré-definidas. A entressola é fabricada por tecnologia LSPc e são aferidos os custos. São retiradas conclusões acerca da viabilidade técnica e financeira do projeto.
- Desenvolvimento de equipamento LASER multifuncional para processos de fabrico aditivos e subtrativosPublication . Costa, Alexandre Xavier de Britto; Vasco, Joel Oliveira Correia; Capela, Carlos Alexandre BentoEste trabalho consiste da junção de várias áreas relacionadas com a tecnologia LASER cujo tema atualmente tem relevante importância nas mais variadas indústrias, laboratórios, área médica, militar, meios académicos entre outros. O conceito básico para desenvolvimento deste projeto centra-se nas seguintes capacidades em simultâneo de um único equipamento que seja capaz de realizar, gravação de peças plásticas/metálicas, corte de chapas metálicas de fina espessura, compreendidas na ordem de 0.01 a 0.15 mm e adição de material metálico e plástico através de câmara de pós utilizando o recurso de camada a camada, com granulometrias na ordem dos 30 μm. Em suma, materiais que respondam ao comprimento de onda 1064 nm. No desenvolvimento do equipamento proposto foram realizadas pesquisas quanto ao princípio básico desta tecnologia, os tipos de LASER como CO2, ND:YAG, YTTERBIUM (Fibra) entre outros e suas respetivas características bem como as aplicações mais adequadas para cada tipologia apresentada em estudo. Este estudo conflui propositadamente para os LASER de Fibra dada a sua fácil utilização, não sendo necessários módulos externos de refrigeração para a fonte de geração do LASER. São mencionados os diferentes tipos de disparo (Pulsed / Continows wave) e respetivas características como comprimento de onda gerados, potências, frequências e velocidades de varrimento. Nele serão também mencionadas as capacidades do processo, vantagens desta escolha, bem como exemplos práticos desta tecnologia nas mais variadas áreas, e descritivo do desenvolvimento de todas as tarefas de construção do equipamento.
- Desenvolvimento e aplicação de compósitos de fibras naturais e bio polímeros no design de aparelhos tecnológicosPublication . Silva, Gleiciane dos Santos; Capela, Carlos Alexandre Bento; Gaspar, Marcelo Rudolfo CalveteOs compósitos representam um material alternativo que pode ser utilizado em ambiente marinho. Nesse sentido, existe uma busca por fibras que possam atuar como reforço mais sustentável que as fibras de vidro e as fibras de carbono. As fibras naturais como coco, juta e ramie tornam os compósitos mais leves e reduzem os custos de produção, mas são absorventes e necessitam de investimento relativos ao plantio, colheita e processamento. O cenário impulsiona a pesquisa por novas fibras. Paralelamente, a extração de ágar em Portugal gera uma imensa quantidade de resíduos de fibras de algas vermelhas que poderiam ser aproveitados para fabricação de compósitos com reforço de fibras. O objetivo da pesquisa a seguir é processar as fibras de algas vermelhas em compósitos e investigar a utilização desse material em ambiente marinho. O presente estudo analisa a viabilidade de fibras de algas vermelhas atuarem como reforço fibroso em um compósito epóxido. Algas da espécie Gelidium corneum são recolhidas na praia de São Martinho do Porto, na zona central de Portugal. Um método de obtenção da fibra de algas é desenvolvido e aplicado para extrair as fibras celulósicas das algas. A seguir o material é processado em moldação manual e caracterizado de acordo com o seu potencial mecânico e térmico. Para tanto, são examinadas as performances do compósito antes e após a análise de absorção de água do mar. Em síntese, as propriedades mecânicas do compósito, determinadas por meio de ensaio de flexão, são menos promissoras que a performance térmica resultante da análise dinâmica mecânica. As fibras de algas não potencializam a resistência do material, uma vez que o compósito apresentou valores de tensão máxima de flexão e módulo de elasticidade decrescentes em relação a resina. Como conclusão, a má adesão da resina ao reforço, a irregularidade de distribuição da fibra e o alto poder absorvente das algas reduziram as possibilidades de utilização do compósito em um produto para ambiente marinho. Por outro lado, a fibra de alga apresenta grande potencial como isolante térmico, pois quando submetido a oscilação de temperatura, o compósito demonstrou melhores propriedades que a resina. Ademais, um material com reforço de fibras de algas é uma alternativa mais sustentável, ainda mais se forem resíduos da extração de ágar.
- Desenvolvimento e caracterização de materiais compósitos em fibra de carbono com amortecimento piezoelétrico em forqueta de bicicleta de estradaPublication . Frade, Luis Miguel de Almeida; Rúben, Rui Miguel Barreiros; Capela, Carlos Alexandre BentoOs materiais inteligentes são cada vez mais utilizados no desporto de alta competição, para reduzir os impactos e vibrações, aumentando assim o rendimento do atleta. O presente traba-lho tem como objetivo analisar e estudar o comportamento de materiais de alto desempenho, nomeadamente materiais compósitos de fibra de carbono, microesferas ocas de vidro, e piezo-elétrico, aplicados numa forqueta de bicicleta de estrada. Com estes materiais pretende-se aumentar o nível de conforto do ciclista e reduzir o seu nível de fadiga. Numa primeira fase, foi usada uma forqueta de gama alta do fabricante Trek, com a qual fo-ram realizadas simulações em Abaqus com modelos numéricos em modo estático e dinâmico. Foram caracterizadas diversas configurações de forquetas, com e sem a introdução de bandas de fibras piezoelétricas, para medir o amortecimento de vibrações. Na fase seguinte foram produzidas réplicas da forqueta comercial em compósitos de fibra de carbono, com núcleo em microesferas ocas de vidro, tendo por objetivo diminuir o peso da forqueta e reduzir de igual modo as vibrações. As forquetas protótipo foram sujeitas a ensaios mecânicos de vibração e de impacto, em am-biente laboratorial, de modo a comparar o seu desempenho mecânico e a eficácia do amorte-cimento das vibrações. O núcleo de microesferas ocas de vidro mostrou ser uma boa forma de reduzir o desconforto provocado pelas vibrações, no entanto a forqueta fica mais pesada. O material piezoelétrico mostrou-se, do ponto de vista computacional, relevante para reduzir a amplitude dos desloca-mentos da forqueta.
- Desenvolvimento e fabrico de compósitos de matriz polimérica com fibras naturaisPublication . Pereira, Júlio Miguel da Cruz Rodrigues; Capela, Carlos Alexandre BentoOs compósitos de matriz polimérica com fibras curtas têm propriedades que se têm vindo a relevar como extremamente interessantes para uma ampla variedade de aplicações. Presentemente são fabricados, com recurso a diversas técnicas de processamento, desde componentes específicos para aplicação aeroespacial até artefactos de grande difusão. Estão na agenda mundial, os problemas com a poluição de materiais de origem plástica que fazem uso do petróleo como matéria-prima, a biodegradação destes é muito lenta e pouco eficiente perante a quantidade produzida, a procura de soluções mais “verdes”, é uma obrigatoriedade no Design Sustentável. Sem diferenciar o mundo por regiões mais ou menos importantes, temos de ter consciência que em determinadas zonas a pegada ecológica é demasiada funda e difícil de reverter. Existem no mercado algumas soluções de resinas com teores de carbonatos mais amigas do ambiente, fazendo uso de uma parte significativa de carbonatos de origem vegetal que se coligadas com reforços de fibra vegetal, podem apresentar-se como produtos compósitos com interesse comercial. Muito embora os compósitos sejam notoriamente materiais denominados de “baratos”, muitas vezes acabam por ser desprezadas as soluções com este tipo de material por uma questão de comparação a produtos com as mesmas valências, mas de origem diferente. Neste trabalho foram processados e caraterizados materiais compósitos de matriz epóxida, reforçados com fibras curtas de origem vegetal maciçamente difundidas e de fácil aquisição. A escolha da resina, recaiu sobre uma que apresenta um teor de 60% de carbonatos de origem vegetal e os restantes provenientes de minerais, sendo das resinas comerciais mais simpáticas para o ambiente. Foram desenvolvidas duas possíveis aplicações com estes materiais, nomeadamente um banco/cadeira e um abrigo modular. O processo criativo foi materializado em protótipo à escala, com recurso a uma impressora 3D, por impossibilidade do equipamento fazer uso de compósitos epóxidos os modelos apresentados são construídos em ABS. Neste estudo são apresentados os resultados relativos à caracterização dos materiais compósitos processados, sendo apresentadas as caraterísticas físicas e mecânicas dos mesmos, tais como módulo à flexão, tensão máxima, propriedades mecânicas versus tempo de exposição aos raios ultra violeta, absorção de água, densidade, isolamento térmico e acústico. Os valores obtidos foram posteriormente usados de forma a validar a possível utilização na construção de um banco/cadeira, sendo os mesmos utilizados, nos valores de entrada do simulador.
- Desmoldação de uma peça em polipropileno utilizando revestimento PVD “MoldLub”Publication . Santos, Jorge Manuel Vieira dos; Capela, Carlos Alexandre BentoCom este trabalho pretendeu-se de avaliar o comportamento das peças plásticas em polipropileno, processadas por injeção, durante a extração, com diferentes revestimentos superficiais no elemento moldante macho/bucha. A peça plástica desenvolvida para este estudo, peça com dificuldades típicas de extração, é representativa de peças plásticas mais complexas processadas por injeção. Deste modo, foi desenvolvido e fabricado um molde protótipo para o processamento de peças plásticas em polipropileno por injeção que teve como objetivo avaliar o comportamento destas na extração com elementos moldantes macho/bucha com diferentes tipos de revestimentos superficiais. As superfícies moldantes (macho/bucha) foram polidas com alto brilho por forma a aumentar a dificuldade na extração da peça e, posteriormente, um dos elementos moldantes macho/bucha foi, também, revestido com revestimento PVD MoldLub . Foi possível observar um melhor desempenho da extração das peças plásticas com revestimento PVD MoldLub nos elementos moldantes macho/bucha (relativamente ao revestimento temperado e nitrurado). Esta melhoria traduziu-se numa diminuição das forças de extração em carga e em vazio, das pressões de enchimento da peça plástica e do tempo de ciclo de moldação.
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