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.
- Análise sobre o potencial de utilização de biometano para a descarbonização do setor transportesPublication . António, Nuno Filipe Costa; Santos, Helder Manuel Ferreira dos; Serrano, Luis Manuel VenturaEste estudo tem como principal objetivo avaliar a viabilidade da implementação do biometano no transporte rodoviário pesado em Portugal, analisando a disponibilidadede recursos e o potencial de desenvolvimento do mercado nacional nesta área. No presente estudo é utilizado o modelo da CONCAWE, como também a revisão sistemática da literatura, o que permitiu realizar uma análise comparativa entre diferentes tecnologias de propulsão em veículos pesados Long Haul (5-LH), considerando diferentes fontes de energia incluindo o biometano, avaliando de forma mais criteriosa as correspondentes emissões de Gases de Efeito de Estufa (GEE). É também feita uma análise do Custo Total de Propriedade (TCO). Com base na análise desenvolvida, concluiu-se que o biometano representa uma solução eficaz para a redução de emissões de GEE nos transportes pesados, uma vez que, em comparação com os combustíveis fósseis, apresenta valores significativamente inferiores de emissões de GEE — podendo mesmo alcançar emissões líquidas negativas, dependendo dos resíduos utilizados na sua produção. No entanto, a análise de viabilidade do biometano em Portugal revela diversas limitações, nomeadamente a necessidade de investimento em infraestruturas, apoio institucional e desenvolvimento tecnológico. Para mitigar estes obstáculos, propõem-se várias medidas estratégicas, tais como: a criação de uma rede nacional de abastecimento de biometano, o estabelecimento de incentivos financeiros e fiscais, o fomento de projetos de produção descentralizada, a definição de metas nacionais específicas para o setor dos transportes, a promoção da confiança tecnológica e uma aposta clara na investigação, no desenvolvimento e na certificação. Apesar de existirem tecnologias com desempenho económico mais favorável em termos de TCO, como os Battery Eletric Vehicle (BEV), foi possível demonstrar que a implementação do biometano poderá desempenhar um papel complementar relevante. Assim, a transição energética no setor dos transportes não deverá assentar numa única solução, mas sim num conjunto de tecnologias integradas que contribuam de forma harmonizada para o cumprimento das metas de descarbonização estabelecidas pela União Europeia e pelo Plano de Ação para o Biometano (PAB).
- 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.
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