ESTG - Mestrado em Engenharia Automóvel
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- Additive Manufacturing of a Vehicle Brake System ComponentPublication . Marques, José Diogo Sena Luz Da Cruz; Alves, Maria Leopoldina Mendes Ribeiro de Sousa; Sousa, Carlos Manuel Pereira Costa eThe present project aims to study the applicability of additive manufacturing (AM) in the automotive industry, namely, the applicability of AM in car parts production. A commercial vehicle can be described as a set of systems, all integrated and communicating each other, with a common goal, move you from point A to point B as secure as possible. The present study focused on the manufacture by AM of a part from one of the systems integrated in the vehicle, namely a brake calliper, component of the brake system. The Selective Laser Melting (SLM) was the AM process that was used to manufacture the part. It is important to understand that nowadays, a great level of evolution is occurring in the automotive industry. Some new technology had its origins in the racing world. Race teams lead by the big manufacturing car companies have the know-how and the opportunities to try and develop new technologies. This leads to a development in manufacturing processes associated with new components and materials. After some perfecting, the components and manufacturing techniques used in the racing industry find its way into the commercial vehicle market, leading to the endless flow of innovation that we see nowadays. The component selected to be developed and furthermore manufactured using AM was a brake calliper, part of the braking system of a racing vehicle. The new SLM produced brake callipers will be used in the Formula Student racing platform.
- Análise da viabilidade do uso de Gás Natural nos automóveisPublication . Graça, Pedro Daniel Pereira da; Serrano, Luís Manuel Ventura; Martinho, Nuno Alexandre GonçalvesOs elevados níveis de poluição associados ao consumo de combustíveis fósseis têm vindo a fazer com que se procure alternativas menos poluentes e igualmente viáveis. Um dos combustíveis que atualmente está a começar a ser utilizado no ramo dos veículos pesados é o Gás Natural (GN). O presente trabalho tem como objetivo realizar uma análise económica e ambiental relacionada com este combustível, visto que este apresenta baixas emissões de gases que provocam efeito de estufa, mais concretamente o dióxido de carbono. Foi analisada a rede de abastecimento e as condições requeridas para a instalação de postos de gás natural. Foi também verificada a importância dada ao biogás na atualidade (combustível renovável que apresenta a mesma composição que o GN),. Verificou-se que existe grande diversidade de projetos associados a este combustível destinados a promover a sua utilização. Os principais objetivos destes projetos passam por reduzir as emissões de NOX, de SOX e de partículas dos veículos a gasóleo, aumentar a competitividade nos setores de tratamento de resíduos. Realizou-se uma análise económica, onde se verificaram os custos associados a um veículo pesado movimentado a gasóleo e a GN (custo de aquisição e custo de combustível) e uma análise ambiental, onde se verificou as emissões de CO2 associadas a ambos os veículos. Nesta análise económica foi possível verificar que não é economicamente viável obter veículos a GN, tanto a nível do custo de aquisição como ao nível do custo de combustível. Em contrapartida, quando se considera os valores de emissões de CO2, foi possível confirmar que os veículos a Gás Natural apresentam emissões mais reduzidas do que os veículos a gasóleo.
- Análise de folgas/desgaste em rótulas de suspensãoPublication . Carvalho, Luís André Fernandes; Ferreira, Carlos Daniel Henriques; Santos, Sérgio Pereira dosCom a elaboração deste documento pretende-se realizar um trabalho que se destina à obtenção do Mestrado em Engenharia Automóvel lecionado na Escola Superior de Tecnologia e Gestão – Instituto Politécnico de Leiria. Como objetivo do projeto pretende-se criar um mecanismo que permita implementar um teste quantitativo na análise do nível de folga/desgaste em componentes do automóvel. Pretende-se desta forma, substituir a análise visual que normalmente é realizada em muitos componentes de desgaste nos atos de manutenção e inspeção automóvel. O sistema de aquisição de dados foi projetado partindo do princípio da transmissibilidade: são adquiridos valores com dois acelerómetros e é calculada a sua razão. Espera-se conseguir construir um sistema de aquisição de dados portátil, de fácil utilização e com capacidade para recolha e armazenamento de informação. No final, obtendo sucesso na realização do projeto, pretende-se que a sua implementação possa ser uma mais valia na ajuda ao aumento da segurança rodoviária.
- Análise de lubrificantes em diferenciais de veículos de competiçãoPublication . Duarte, Jony Lopes; Serrano, Luis Manuel Ventura; Sousa, Carlos Manuel Pereira Costa eA lubrificação em sistemas de transmissão de veículos de competição, nomeadamente as caixas de velocidades e diferenciais, pode ser desafiante para os engenheiros responsáveis pelo seu desenvolvimento tendo em consideração a necessidade de garantir alto desempenho dinâmico e fiabilidade do veículo e ainda assegurar adequadas condições de operação, muitas vezes extremas, que levam ao aumento de temperatura do lubrificante. O óleo lubrificante é, pois, um elemento essencial pelo que deve possuir uma formulação base e um conjunto de aditivos específicos para este tipo de aplicações. De acordo com a norma J306, são recomendados em caixas de velocidades e diferenciais de veículos de competição óleos sintéticos multigraduados, devidamente formulados, com elevado grau de viscosidade SAE (75W-140) e que cumpram os requisitos das especificações API-GL5 e MT-1. O projeto realizado tem como objetivo principal efetuar uma análise comparativa entre dois óleos lubrificantes, utilizados nas caixas de velocidades e nos diferenciais dos ŠKODA FABIA Rally2 EVO da The Racing Factory e avaliar qual garante melhor lubrificação dos componentes, bem como analisar a possível influência no desgaste das engrenagens. Considerando este propósito, foram utilizados os óleos em diferenciais de 2 veículos de competição sujeitos a condições reais de funcionamento, ou seja, em prova. Foram efetuadas recolhas de óleo no final de cada prova que se enviaram para laboratórios acreditados de modo a efetuar as análises segundo métodos normalizados. Salienta-se que durante a prova, os diferenciais apresentam situações de regime de lubrificação limite, principalmente no movimento entre os satélites e planetários do diferencial, caracterizando-se por cargas elevadas e baixa velocidade na zona de contacto entre dentes. O óleo B, numa fase inicial, aparenta ser a opção mais indicada dada a quantidade elevada de elementos de boro e fósforo, que se caracterizam por serem aditivos EP e/ou modificadores de atrito. Contudo, o elevado consumo dos seus aditivos e a perda de viscosidade a 40ºC ao longo do tempo permitem compreender que o óleo A apresenta possuir uma formulação de química do óleo e dos seus aditivos que será mais resistente à degradação. A complementar, o óleo A possui um índice de viscosidade (IV) superior ao óleo B e, dada as temperaturas médias do funcionamento do diferencial registadas (77ºC-96ºC) e ao facto de o custo por litro de óleo A ser cerca de metade do óleo B, é possível concluir que, entre os dois óleos analisados, o óleo A apresenta ser a opção recomendada neste tipo de aplicação.
- Análise dinâmica do comportamento de um protótipo de um veículo em estradaPublication . Sathler, Leonardo da Rocha; Batista, Fernando da ConceiçãoEste trabalho teve como objetivo analisar dinamicamente um protótipo de veículo através de ferramenta computacional. O modelo estudado foi o FSIPLeiria, veículo de competição projectado por alunos da Escola Superior de Tecnologia e Gestão do Instituto Politécnico de Leiria para participar dos eventos da Formula Student. Para a formulação do problema para avaliação, foram escolhidas três provas que são aplicadas em todas as competições dessa modalidade, o Tilt Table Test, o SkidPad e o Autocross. Para entender e configurar o comportamento do veículo nas diversas situações dessas provas, foram desenvolvidos cálculos analiticamente. O software de método de elementos finitos utilizado foi Ansys e para proceder com as análises, foi utilizado um modelo simplificado do protótipo, composto somente do chassis e suspensões. Foram definidos os materiais e utilizado elementos de viga para o modelo, simplificação ideal para aplicação em geometrias que possuem seção transversal contínua. Nas condições de fronteira, foram aplicadas restrições e carregamentos conforme as provas a simular baseados nos cálculos analíticos desenvolvidos e também, para o evento Autocross, recorrendo ao auxílio do software OptimumLap. Para os tipos de análises escolhidas, foi feito uma análise estrutural estática para o Tilt Table Test, para o SkidPad fez-se uma análise estrutural estática e análises dinâmicas em regime permanente (modal e de resposta harmônica), e para o Autocross foi feita uma análise dinâmica em regime transiente. Foi comparado os resultados com referências bibliográficas onde se propõem parâmetros construtivos para veículos e assim foi possível avaliar o modelo computacional desenvolvido no presente estudo.
- 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 influência da utilização de aditivos em combustíveisPublication . Bastos, Daniela Filipa da Silva; Serrano, Luís Manuel Ventura; Carvalho, Paulo Alexandre de Matos e Henriques deNos últimos anos, o panorama da mobilidade rodoviária tem sofrido alterações constantes e profundas, motivadas em grande parte pela preocupação ambiental e energética, pelo que, em consequência, têm ocorrido significativos desenvolvimentos de soluções tecnológicas inovadoras nos veículos automóveis. É factual que os limites de emissões de poluentes estão cada vez mais apertados, o que motiva alterações nos motores de combustão interna dos veículos (sistemas de injeção de combustível mais eficientes e novos sistemas de tratamento de gases de escape). Um dos aspetos que tem evoluído de modo evidente tem sido a produção de combustíveis a partir de fontes renováveis, que se encontra em expansão e com potencial de crescimento, estando a ser gradualmente incorporados no combustível convencional em determinadas percentagens, limitadas legalmente. Este aspeto permite que também estes combustíveis contribuam significativamente para minimizar as emissões de CO2 e de compostos poluentes. Também os ciclos de homologação dos veículos encontram-se em fase de transição para um ciclo que reflete melhor a realidade de condução, bem como das infraestruturas rodoviárias atuais. O presente estudo foca-se na análise de diferentes combustíveis, que contêm gasóleo, aplicada à execução dos ciclos de condução. Foram elaborados ensaios experimentais no banco de rolos do Laboratório de Eng. Automóvel da ESTG – IPLeiria, com um veículo dotado de motor Diesel, de geração Euro 4. Basearam-se nos ciclos de desempenho (potência e binário) e na replicação dos ciclos de homologação New European Driving Cycle (NEDC) e Worldwide Harmonized Light Vehicle Test Procedure (WLTP), de modo a analisar o comportamento de diferentes percentagens de biocombustíveis, quando incorporadas nos combustíveis fósseis. Procedeu-se à medição do consumo de combustível, desempenho do motor e emissão de poluentes. Complementarmente, analisou-se o comportamento da pressão de combustão em determinados regimes do motor, para os diferentes combustíveis também. Constatou-se que o combustível sem biodiesel incorporado (B0) apresenta o melhor desempenho nas curvas de potência, binário e consumo específico, tendo-se obtido 357 Nm e 182 g/kWh, às 2250 rpm. Contudo, com o combustível contendo 7% de biodiesel (B7) houve um aumento de apenas 1,9% no consumo específico, ao mesmo tempo que este é o combustível que se revela mais eficiente na execução dos ciclos NEDC e WLTP, com consumos combinados de 6,29 e 5,94 kg/100km respetivamente. O combustível contendo 15% de óleos vegetais hidrogenados (HVO15) registou o consumo específico mais elevado no regime de binário máximo, de cerca de 203 g/kWh, no entanto apresenta uma curva de binário ligeiramente superior aos restantes combustíveis analisados. Já o combustível contendo 15% de biodiesel (B15) é aquele que apresenta o desempenho mais baixo, assim como consumos mais elevados na totalidade das situações analisadas. Assim, esta análise permite identificar que a mínima inclusão de componentes no gasóleo convencional produz efeitos notórios no desempenho do motor e que este deve ser um processo que merecerá uma análise continuada, quer pela evolução das tecnologias dos motores, quer pelo desenvolvimento dos combustíveis.
- Análise sobre a utilização de biodiesel em veículos rodoviários equipados com tecnologias avançadas de controlo de emissõesPublication . Pereira, Nuno Gonçalo Sousa; Serrano, Luís Manuel VenturaAs questões relacionadas com a energia e a poluição têm vindo a ter uma grande importância na nossa sociedade, tendo o setor dos transportes uma relevância muito acentuada neste processo. Este sector encontra-se extremamente regulado e existem normas com limites definidos para os vários poluentes e impostos associados, que se vêm refletidos no preço final do veículo. As últimas evoluções dos veículos têm sido cada vez mais caracterizadas pela inserção de sistemas de maior complexidade e que apresentam dois objetivos, reduzir as emissões de poluentes e o consumo de combustível. Deste modo o presente trabalho tem como objetivo a análise experimental de utilização de combustíveis alternativos para o motor Diesel, através da avaliação comparativa do consumo de biodiesel face ao diesel fóssil. Este trabalho foi realizado no âmbito de um estágio realizado na PRIO Energy S.A., empresa que tem como foco a sustentabilidade e energia. Neste sentido foram analisados os parâmetros mais importantes que um combustível deve apresentar de modo a ser viável a sua utilização em motores assegurando também que representam uma fonte renovável de energia, ou seja, que no seu ciclo de vida permita uma redução de emissões de CO2, e permita ainda a emissão de menores emissões poluentes e garantindo um custo de utilização razoável e que, pelo menos, não seja superior à utilização de combustível fóssil. Uma vez que o combustível com maior utilização em Portugal é o gasóleo, e que é também o combustível com esmagadora utilização por parte dos veículos pesados, este trabalho considerou a utilização de biodiesel em motores recentes, ou seja, cumpridores da norma Euro VI. Este combustível alternativo permite uma significativa redução de CO2 devido ao simples facto de ser um combustível de origem vegetal, e por isso renovável. O biodiesel já é incorporado no gasóleo rodoviário até 7%, sendo essa percentagem de incorporação obrigatória em Portugal a partir do início de 2020. Como tal, neste trabalho é estudada a incorporação de 15% de biodiesel ou o seu uso na integra (100%). Na revisão bibliográfica, foi verificado que, se incorporando 15%, tipicamente a mistura cumpre todas as propriedades definidas pela EN 590. O presente trabalho também considera a utilização de HVO (hydro-processed diesel) como combustível, considerando igualmente para estudo a incorporação de 15% no gasóleo de origem fóssil. A produção de HVO é complexa e requer hidrogénio, o que contribui para um preço de produção um pouco mais alto que o biodiesel. Devido à existência de poucos estudos sobre os efeitos de utilização de combustíveis alternativos nos consumos e na potência de veículos recentes, foi considerado oportuno o ensaio de potência e consumos destes dois combustíveis num pesado de mercadorias que cumpra as últimas normas de emissões. Como tal, foi feito um levantamento das várias normas de homologação de veículos (que contém medição de consumos), primeiro de ligeiros, e depois de pesados. Nestes, verificou-se que os ensaios de pesados são em banco de motores ao contrário dos ligeiros, sendo feito um ensaio de pontos estáticos (WHSC) e um transiente (WHTC). Também foi verificado que existe um grande conjunto de regras e condicionamentos associados, que torna altamente complexo e dispendioso reproduzir um ensaio destes na íntegra. Como tal, foi adaptado um ciclo de ensaios, tendo como base o ensaio estático, mas que permitisse a utilização de banco de rolos com um veículo pesado nas condições em que este circula na estrada. Nos ensaios efetuados utilizou-se um banco de rolos específico para veículos pesados, um camião do tipo trator de semi-reboque que cumpre a norma EURO VI, bem como um equipamento de medição de consumos e um sistema de aquisição de dados e ainda um sistema de comunicação através da porta de diagnóstico do veículo. Devido ao uso de um veículo já de estrada, verificaram-se ainda algumas dificuldades acrescidas na adaptação do ensaio, tendo de se efetuar uma nova adaptação das condições de ensaio. Nos testes realizados foram testados os seguintes combustíveis: gasóleo puro (100% fóssil), gasóleo rodoviário (7% biodiesel-B7), gasóleo com 15% de biodiesel (B15), biodiesel puro (B100) e ainda uma mistura de 15% de HVO em gasóleo (HVO15). Na análise de resultados, verificou-se que o gasóleo puro, apesar de obter excelentes performances de potência, o seu consumo medido foi completamente díspar dos restantes, sendo muito alto e considerado inválido para efeitos de comparação neste estudo. Como tal, o combustível que demonstrou os melhores resultados de potência foi o HVO, sendo depois o gasóleo rodoviário, depois a mistura de 15% de biodiesel e por fim, o biodiesel puro. Também foi verificado que as temperaturas de escape são tipicamente mais baixas quanto maior a quantidade de biodiesel utilizada, e, para o caso do HVO, este obteve um padrão de temperaturas superiores. Esta temperatura é importante devido às razões apontadas por vários autores que elevadas temperaturas contribuem decisivamente para maiores emissões de NOx por parte do biodiesel. A nível de consumos, destacou-se a performance do gasóleo rodoviário e dos 15% de biodiesel. Também o biodiesel puro apenas mostrou um aumento médio de 3% de consumo(l/100km), sendo este aumento pouco significativo face ao esperado.