ESTG - Mestrado em Engenharia Automóvel
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Browsing ESTG - Mestrado em Engenharia Automóvel by Field of Science and Technology (FOS) "Engenharia e Tecnologia::Engenharia Mecânica"
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- Análise e otimização de viagens rodoviáriasPublication . Areia, João Carlos Portela; Rúben, Rui Miguel Barreiros; Siopa, Jorge Miguel PeraltaO Trabalho de seguida apresentado fundou-se num objetivo que passava por provar a grande relação entre o estilo de condução e os valores de consumo de uma viatura num determinado trajeto, sendo que, para isso, foi necessário criar ferramentas que permitissem extrair, analisar e otimizar dados de viagens. Durante este trabalho, foi criado uma ferramenta que permite extrair dados de posição, tempo, velocidade, aceleração e azimute de um ficheiro GPX. A estes dados, também foram aplicados métodos para corrigi-los e facilitar a sua respetiva análise. Nomeadamente, foi desenvolvido um algoritmo para o cálculo de distância entre pontos de latitude e longitude, e foi criado também, um método que possibilita o cálculo do raio e ângulo das curvas do trajeto. Durante este trabalho, criou-se também métodos de otimização de certas variáveis de um trajeto. As otimizações criadas tinham em vista racionalizar o estilo de condução, sendo que, os resultados destas otimizações demonstram a relação entre certas variáveis e o consumo. Por fim, também foi criado um programa que engloba algumas funções criadas no trabalho, como a extração de dados do ficheiro GPX e cálculo do consumo. Este programa permite aceder a várias funções de um forma mais cómodas e simples.
- Análise energética, económica e ambiental de utilização de combustíveis alternativos em veículosPublication . Lúcio, João Luís Ramalho; Serrano, Luís Manuel Ventura; Carvalho, Paulo Alexandre Matos HenriquesOs aumentos do preço do petróleo no mercado internacional têm consequências económicas prejudiciais para os países dependentes deste bem como é o caso de Portugal. O crescimento do setor dos transportes tem sido exponencial, provocando assim um aumento do consumo de combustíveis derivados do petróleo e por conseguinte dos níveis de poluição. Desta forma torna-se inevitável encontrar opções, daí os combustíveis alternativos apresentarem-se hoje como um assunto de elevada importância a ser estudado. As questões ambientais e económicas são dois fatores bastante importantes no que à utilização dos combustíveis alternativos diz respeito. Neste trabalho pretende-se efetuar um estudo à utilização de combustíveis alternativos, essencialmente aplicado a frotas de pesados, assim consegue-se obter dados suficientes para tirar conclusões acerca da viabilidade da utilização dos combustíveis alternativos. Iniciar-se-á este trabalho com uma descrição geral dos vários sistemas existentes no mercado para utilização de combustíveis alternativos, bem como das vantagens e desvantagens da sua utilização. Na segunda parte serão analisados resultados práticos de vários casos de estudo, nos quais será feita a analogia para a teoria abordada nos primeiros capítulos e tiradas as respetivas conclusões. Serão analisadas três frotas distintas, duas utilizando o gás natural como combustível e uma que utiliza o GPL como combustível secundário.
- Análise experimental do desempenho de um turbocompressor em condições reais de operaçãoPublication . Henriques, André de Almeida; Martinho, Nuno Alexandre Gonçalves; Santos, Hélder Manuel FerreiraNo presente estudo é apresentado o desenvolvimento de uma montagem experimental para analisar o desempenho de um turbocompressor, quando este é sujeito a condições reais de funcionamento impostas por um Motor de Combustão Interna (MCI). Através da revisão bibliográfica foi possível identificar e estudar trabalhos já existentes, que tinham em comum o desenvolvimento de uma montagem experimental para turbocompressores. Esta permitiu ainda a identificação dos parâmetros necessários à caracterização do funcionamento do turbocompressor em estudo, como é o caso dos mapas de operação do compressor e da turbina. Depois do desenvolvimento da montagem experimental, esta foi aplicada no veículo de ensaios, presente no banco de ensaio de potência. A aquisição dos parâmetros de funcionamento do turbocompressor foi feita com recurso a diversos sensores e a um programa de aquisição de dados. A realização dos ensaios experimentais foi executada com base numa matriz constituída por 60 condições de funcionamento, correspondentes a diferentes valores de velocidade de rotação (N) e carga (Pressão Média Efetiva – PME) do MCI. Através da análise de incertezas experimentais foi possível quantificar a incerteza das variáveis medidas e identificar a influência das variáveis medidas nas variáveis calculadas. Além disso, possibilita ainda verificar quais são as variáveis medidas que mais contribuem para a incerteza experimental das variáveis calculadas. A partir da análise dos resultados foi verificado que estes estão dentro do esperado. Além disso, possibilita a visualização dos pontos de funcionamento do MCI através da realização do turbomatching.
- Análise sobre a utilização do software AVL – combustão (AVL FIRE)Publication . Henriques, Gonçalo Gaspar; Serrano, Luis Manuel Ventura; Carvalho, Paulo Alexandre de Matos e Henriques deO motor de combustão interna é um sistema mecânico complexo que desempenha um papel essencial em várias indústrias e no nosso dia a dia, tendo, por isso, grande relevância para a sociedade. Atualmente, as pesquisas neste campo estão focadas em encontrar soluções inovadoras para a construção, processos termodinâmicos e tecnologias aplicadas, com o objetivo de aumentar a eficiência de trabalho e reduzir as emissões de gases de escape. Com o auxílio de softwares avançados, o tempo necessário para analisar novas variações e conceitos de funcionamento de motores foi significativamente reduzido. Por isso, as simulações computacionais assumem um papel crucial no desenvolvimento de motores. A modelação e simulação precisa da geometria do motor e do escoamento de fluidos são, assim, fundamentais para o design e otimização de motores. Este trabalho centrou-se na análise da utilização do software AVL FIRE™ M, um software de dinâmica de fluidos computacional utilizado principalmente no desenvolvimento de vários tipos de unidades motrizes e seus componentes. A análise da utilização do software foi feita através de um modelo focado na análise de escoamento no cilindro de um motor diesel de injeção direta, tendo sido analisada com detalhe a pressão de combustão. Este modelo foi posteriormente adaptado de acordo com um outro estudo realizado onde foram realizados testes experimentais de desempenho do motor para dois combustíveis diferentes, diesel B7 e B100, sendo o objetivo comparar estes resultados com os resultados obtidos nas simulações com o intuito de validar a utilização do software. Verificou-se que os resultados obtidos para os regimes às 1600 rpm com 25 e 57% de carga apresentam grande concordância com os resultados experimentais. Para os regimes às 2400 rpm com 45 e 100% de carga, os resultados obtidos já desviavam um pouco dos resultados experimentais, tendo obtido num dos casos cerca de 10% de diferença de pressão máxima em relação aos valores experimentais. No entanto, pode-se concluir que os resultados foram bons o suficiente para a finalidade pretendida, validando assim os resultados obtidos pelo software.
- Avaliação de perdas por transmissão de calor de um motor ottoPublication . Santos, Gonçalo Filipe Rodrigues; Carvalho, Paulo Alexandre Matos HenriquesPretende-se com este trabalho analisar a dissipação de calor de um motor Otto. A dissipação de calor representa um fator importante para o desempenho do motor, representando uma área a que os fabricantes dão cada vez mais atenção atualmente. Face à conjuntura atual, decorrente da importância da eficiência e das emissões nos motores surge a necessidade de melhorar o desempenho do sistema de dissipação de calor. Por isso torna-se imprescindível o desenvolvimento de metodologias que permitam modelar a resposta do sistema em diferentes condições ambientais e de funcionamento do motor, de um modo parcial e de uma forma conjugada, entre eles. Deste modo, o objetivo do trabalho diz respeito à avaliação da dissipação interna de calor no interior do cilindro, bem como à quantidade de energia do combustível que é dissipada sob a forma de calor. Esta avaliação conduziu a outro dos objetivos subjacente a esta temática: a avaliação da capacidade de dissipação de calor de um radiador. Relativamente ao modelo desenvolvido, foi tido por base o motor Suzuki GSX-600 e suas características. Com recurso a um software obtiveram-se as ondas de pressão e escape. Através de rede neuronal artificial aproximaram-se as ondas de pressão de escape e admissão, cujas variáveis são: rotação do motor, ângulo de cambota e a pressão. Sobre o modelo aplicaram-se algumas correlações, nomeadamente Annand, Woschni e Han et al. para a quantificação da dissipação de calor e da percentagem da energia gerada pelo combustível que esta representa. Para a concretização do segundo objetivo avaliou-se a capacidade de dissipação de calor do radiador em convecção natural através da realização de um ensaio experimental à escala real.
- Desenvolvimento de controlo eletrónico para sistema de recuperação de energia térmica de veículos automóveisPublication . Ribeiro, Eliseu Salvador Aires; Pereira, João Francisco Romeiro da Fonseca; Santos, Hélder Manuel Ferreira; Ferreira, Carlos Daniel HenriquesCom a necessidade de aumentar a eficiência energética dos veículos automóveis e o ponto de estagnação que se tem vindo a atingir, os fabricantes automóveis necessitam de se virar para novas tecnologias. Com uma quantidade considerável de energia a ser libertada na forma de calor, há uma oportunidade de aumentar o rendimento dos veículos automóveis através da aplicação de sistemas de ciclo de Rankine. Este sistema necessita de um controlo eletrónico de modo a garantir operação segura e eficiente para as diferentes condições de operação do veículo, requerendo a implementação de um sistema embebido. No presente trabalho, projetou-se e desenvolveu-se o sistema de controlo para uma montagem experimental dedicada ao estudo de sistemas de ciclo de Rankine. Foram selecionados os sensores e atuadores necessários. Foram desenvolvidas duas placas de circuito impresso que continham cada um dos módulos. Com vista a efetuar um controlo simples e eficaz, foi desenvolvido um algoritmo que trata os dados dos sensores e controla o caudal de fluido de trabalho (água), de forma que a temperatura à saída do evaporador seja a desejada. Desenvolveu-se também uma aplicação em ambiente Windows para a aquisição e controlo dos parâmetros do controlador. Foram realizados testes com vista à validação do sistema e à verificação do seu correto funcionamento. Estes testes demonstraram a capacidade do sistema em controlar a temperatura pretendida para o fluido de trabalho à saída do evaporador.
- Desenvolvimento de protótipo de motor de combustão interna a hidrogénioPublication . Santos, Rúben Alexandre de Souto; Pereira, João Francisco Romeiro da FonsecaO presente trabalho aborda o conceito de hidrogénio como um combustível. É apresentado um enquadramento da economia de produção e utilização de hidrogénio. Deste é especificado a utilização do hidrogénio em motores de combustão interna. É realizado uma listagem de propriedades do hidrogénio enquanto combustível de forma a poder apurar quais as estratégias de controlo de carga e componentes a utilizar para suprimir os problemas associados ao combustível. Foi realizado uma análise fundamental da velocidade de propagação da frente de chama para se poder compreender quais os parâmetros e fenómenos relacionados com o crescimento da chama em regime laminar e regime turbulento. Foi realizado uma planificação de componentes e infraestruturas necessárias para uma montagem experimental aplicada a um motor de baixa cilindrada e uma simulação para prever a tendência do desempenho do motor de combustão interna quando é realizada a alteração do combustível.
- Desenvolvimento de sensor micro maquinado para medição de forçasPublication . Caseiro, David Filipe de Sousa; Ferreira, Carlos Daniel Henriques; Santos, Sérgio Pereira dosO Projeto usa cada vez mais técnicas e ferramentas de simulação capazes de prever e dimensionar o comportamento dos materiais para a sua vida útil. Contudo a mudança de condições ou estado faz com que a monitorização dos materiais nas condições de trabalho represente uma adicional garantia de fiabilidade e segurança. Essa monitorização é na maior parte dos casos efetuada por sensores, a sua evolução e miniaturização têm desempenhado um papel fundamental no atual desenvolvimento tecnológico. Nos veículos automóveis a integração de micro sensores é responsável pelos baixos consumos, elevadas performances e níveis de segurança atuais. Neste sentido o principal objetivo deste trabalho é projetar um sensor micro para medição de forças podendo ter inúmeras aplicações nomeadamente em componentes estruturais dos veículos. A tecnologia escolhida em que é baseado o micro sensor de força, neste projeto, é a da piezoresistividade, conhecida pela sua linearidade, pouca histerese e possibilidade de integrar nos sensores fabricados por micro maquinagem. Recorre-se ao software "Ansys Multiphysics" para o desenvolvimento e otimização da geometria deste sensor, respeitando as regras de micro maquinagem (Apêndice I). São testadas algumas geometrias encontradas na bibliografia e realizam-se otimizações de modo a melhorar a sensibilidade ao stress. Como resultado deste trabalho é proposta uma geometria que apresenta uma sensibilidade ao stress de 3.5347 mV/V/MPa. Para verificar o método numérico, recorre-se ao método experimental para testar a funcionalidade da geometria proposta numa escala adaptada à utilização com extensómetros, apresentando-se assim o conceito de amplificador mecânico. Diferentes amplificadores são testados por método numérico e experimental, e no final são comparados os resultados. Comprovando-se assim a funcionalidade do sensor proposto para a medição de forças.
- Desenvolvimento de uma interface de comunicação para motores de veículos pesadosPublication . Soares, Marcelo de Pinho; Ferreira, Carlos Daniel Henriques; Serrano, Luís Manuel VenturaO objetivo do presente trabalho é desenvolver uma interface que comunique com um veículo pesado adquirindo informação de sensores e que controle o regime do motor. Com este interface é possível analisar a condição de motores após o seu recondicionamento de modo a garantir a sua fiabilidade antes de ser reintroduzido no seu ciclo de utilização. Para tal, neste projeto, descodificam-se os protocolos de comunicação existentes nos veículos pesados, através da aplicação de métodos de engenharia inversa aos barramentos CAN. Estudam-se vários métodos de controlo do regime do motor e analisam-se quais os métodos mais eficazes. Desenvolve-se hardware que promova a ligação entre a informação presente nos barramentos CAN e um computador (porta série). Define-se um protocolo de comunicação dedicado e implementa-se este na comunicação entre o hardware e o computador. Recorre-se ao software LabVIEW® para o desenvolvimento da aplicação, executada num computador, que possibilita visualizar os dados adquiridos pelo hardware. Com esta aplicação, o utilizador controla o regime do motor através de um ambiente gráfico “user friendly”. No fim de cada ensaio gera-se um ficheiro de dados que contem toda a informação adquirida permitindo uma interpretação e análise à posteriori. Realizam-se vários testes ao sistema desenvolvido, tanto ao nível de hardware como de software, com o objetivo de validar as funções implementadas. Após a análise dos resultados obtidos verifica-se correto funcionamento da interface e da aplicação desenvolvida durante o projeto.
- Determinação da aceleração lateral de conforto em curva para veículos automóveis, diferentes condutores e "perfis" de conduçãoPublication . Brás, Marcelo Oliveira; Ferreira, Carlos Daniel Henriques; Neves, Carlos Fernando Couceiro de SousaO crescimento do número de veículos a circular na via pública tem provocado um aumento da insegurança nas estradas em consequência da quantidade de informação a que o condutor necessita de estar atento. De modo a minimizar este facto, os construtores de automóveis têm-se focado no desenvolvimento de sistemas de auxílio ao condutor que têm como principal função simplificar e aumentar o conforto de condução. Os avanços realizados nesta área têm sido elevados, o que permite que a condução autónoma seja uma realidade cada vez mais próxima. Contudo, os sistemas introduzidos apresentam um comportamento automático distante do comportamento dos condutores. Tendo como base os aspetos referidos anteriormente, este trabalho tem como objetivo encontrar uma forma de tornar estes sistemas análogos ao comportamento do condutor, no que diz respeito ao controlo de velocidade em curva. Neste sentido, são realizados estudos das reações de diferentes condutores em situações de condução em ambiente real. Os estudos são realizados num percurso previamente selecionado e num veículo específico, tendo este sido instrumentado para a aquisição das variáveis necessárias, tais como, condições dinâmicas do veículo e aspetos representativos do comportamento do condutor, como atuação de pedais e batimento cardíaco. Posteriormente é realizada a análise dos dados recolhidos de forma a encontrar uma função de controlo para a velocidade do veículo em função das acelerações laterais ou raio de curvatura das estradas.
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