ESTG - Mestrado em Engenharia Mecânica - Produção Industrial
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- Influência do PP Reciclado nas Propriedades Mecânicas em Peças InjetadasPublication . Carrilho, Rui Filipe Amaro; Almeida, Henrique de Amorim; Vieira, Milena Maria NogueiraAtualmente vive-se uma política de diminuição de resíduos derivado essencialmente com o aparecimento de substâncias plásticas nos oceanos e em algumas costas marítimas. Para um melhor desenvolvimento ambiental e pela motivação da legislação, as empresas procuram reciclar vários tipos de polímeros de modo a ser mais económico e sustentável. O objetivo principal presente neste trabalho é entender a influencia do material reciclado, derivado do polipropileno (PP), no processo de moldação por injeção. Neste sentido, foram realizados e analisados dois casos de estudo em concreto, onde no caso 1 o PP virgem é injetado na maquina de injeção por moldação e que resulta num provete, esse será reciclado e novamente inserido na maquina de injeção para novos provetes. Este processo é efetuado cinco vezes consecutivas. Já no caso 2 é acrescentado ao PP virgem diferentes percentagens de PP apenas uma vez reciclado. O mercado de reciclagem para polímeros termoplásticos encontra-se atualmente em acentuada ascensão. Os materiais reciclados são vistos como materiais de propriedades inferiores em relação ao material virgem. Verificou-se neste estudo que o reaproveitamento do PP (Isplen PB 180 G2M) com múltiplas injeções consecutivas, ou com percentagem de reciclado desse mesmo PP combinadas com o PP virgem, não afetou negativamente as propriedades mecânicas e térmicas desse polímero. Os resultados obtidos nos dois casos de estudo apresentaram um aumento de dureza, um aumento no índice de fluidez e não tiveram nenhuma alteração de densidade em comparação com o PP virgem. Ainda que o segundo caso de estudo apresenta uma maior instabilidade estrutural ao contrario do primeiro caso no ensaio de flexão. Já no ensaio de DSC aconteceu o oposto que no ensaio de flexão, onde existiu uma instabilidade estrutural no grau de cristalização no primeiro caso de estudo. De um modo geral, estes dois estudos provaram ser uma ótima alternativa para as industrias de injeção de polímeros, com vantagens nos âmbitos económicos e ambientais.
- Movimentação de Cargas SuspensasPublication . Pedrosa, Daniela Sofia Duarte; Neves, Carlos Fernando Couceiro de Sousa; Baptista, Diogo Pedro Ferreira NascimentoOs equipamentos de transporte e elevação de cargas são amplamente utilizados nos mais diversos setores industriais. Podem ser classificados em vários tipos de acordo com a sua configuração de movimento, nomeadamente ponte rolante, sendo este o mais comum em instalações produtivas, e que será o principal em estudo no presente trabalho. Estes equipamentos requerem um controlo manual rigoroso, para evitar oscilações nas cargas. Tais oscilações que, para além de diminuírem a eficiência e produtividade da tarefa, também representam um risco de segurança. Portanto, surge a motivação do estudo de movimentação de cargas suspensas, com o objetivo de demonstrar a viabilidade de controlar este tipo de equipamento de forma a reduzir o ângulo de oscilação da carga e a posicionar a carga com precisão no local desejado, horizontalmente e verticalmente Para o presente trabalho foi essencial rever a literatura relacionada com o tema, e estudar os conceitos teóricos relacionados com mecânica e sistemas de controlo. Através do projeto, foram realizadas modificações ao equipamento já existente no Laboratório de Robótica Avançada e Fábricas Inteligentes no Instituto Politécnico de Leiria, para possibilitar a elevação de cargas. Um modelo simplificado do equipamento foi criado e modelado, sendo definido em espaço de estados para implementação de um sistema de controlo, neste caso o controlo de realimentação de estados, aplicando o método de colocação de pólos, e adição de um observador. Este sistema de controlo foi implementando em software MATLAB para executar simulações, de modo a prever o comportamento do sistema. Através das simulações realizadas selecionou-se uma matriz de ganho adequada, conforme prioridades para o controlo do sistema, de modo a realizar testes experimentais. Analisando os resultados obtidos, de forma geral, o tempo de acomodação das três variáveis de saída, foi semelhante entre a simulação e a realidade, apesar das diferenças observadas nos gráficos. Comparando o movimento não controlado com o movimento controlado verificou-se que há uma melhoria no tempo de acomodação do ângulo de oscilação da carga: Enquanto a oscilação converge para 0º nos primeiros 10 segundos no movimento controlado, no movimento sem controlo a oscilação é aproximadamente 8º. De seguida, foi pré-definida uma trajetória para a carga suspensa, dividindo os seus troços numa equação paramétrica, e obtiveram-se resultados semelhantes entre o comportamento simulado e o experimental. Além disso, foi possível limitar o ângulo de oscilação a valores inferiores 0,6º. No último teste, foi considerado que o modelo do sistema era linear por troços, ou seja, o modelo do sistema varia conforme a medição do comprimento do cabo. Concluindo-se que esse modelo está mais próximo do modelo não linear do sistema, e verificou-se que, quando há variação do comprimento do cabo, o controlo com este modelo possui melhores resultados, sendo que o ângulo de oscilação teve uma amplitude entre [-1,1º;1º]. Pelos resultados obtidos, observou-se a diminuição do ângulo de oscilação da carga, e controlo da posição do carro e comprimento do cabo. Assim, confirma-se a possibilidade de controlo de equipamentos de transporte e elevação de cargas.
- Sistema de Inserção automática de fibras para Projeção de Betão ReforçadoPublication . Mezhyrych, Anton; Neves, Carlos Fernando Couceiro de SousaNa indústria da construção civil, onde a busca por estruturas mais resilientes e duráveis é uma constante, os avanços tecnológicos desempenham um papel crucial na melhoria da qualidade e eficiência. Um domínio de extrema importância é a aplicação de fibras no betão, uma abordagem que tem transformado a maneira como se projetam e edificam estruturas. A incorporação de fibras, sejam elas de aço, polímero ou outros materiais, oferece uma abordagem inovadora para reforçar o betão, conferindo-lhe maior resistência a fissuração, impactos e cargas dinâmicas. Entretanto, para atender às crescentes exigências da indústria, a mera inclusão de fibras não é suficiente, é imperativo garantir a sua distribuição precisa e homogénea.. Neste contexto, a necessidade de um mecanismo automatizado e controlado para otimizar a dispersão de fibras no betão torna-se evidente. O desenvolvimento dos protótipos de mistura e inserção de fibras é encarado como uma jornada que abarca uma série de desafios complexos, requerendo abordagens inovadoras e soluções criativas. Desde o design estrutural dos protótipos até a integração e adaptação destes sistemas, múltiplas etapas críticas são necessárias para assegurar a concretização dos objetivos de eficiência e precisão na adição de fibras. A complexidade é ampliada quando reconhecemos que a incorporação eficaz de fibras não se limita à tarefa única de mistura. De facto, para garantir uma distribuição homogénea, é necessário pré-processar as fibras, separando-as antes da adição ao betão. Nesse sentido, um notável esforço foi dedicado ao desenvolvimento de um protótipo capaz de separar e dosear as fibras antes de serem introduzidas no mecanismo de mistura. Este projeto investiga as fases de desenvolvimento desses protótipos, englobando o design, testes e refinamentos necessários. O cerne do trabalho concentra-se na conceção e desenvolvimento de uma nova geração de produtos, evidenciando o compromisso integral com a evolução técnica e prática do processo de mistura e inserção de fibras no betão.
- Indústria 4.0: Monitorização das condições de funcionamento de uma máquina de injeção com OPC UAPublication . Kaduk, Anatoliy; Neves, Carlos Fernando Couceiro de Sousa; Ferreira, Lino Miguel MoreiraO principal objetivo do presente trabalho consiste no desenvolvimento de um sistema de monitorização de uma máquina de injeção baseado no protocolo OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) e, assim, na adaptação da máquina IMI1300S (construída no ano de 1973) para a era da Indústria 4.0. A modernização da máquina permite monitorizar e analisar algumas das respetivas condições e parâmetros de funcionamento. Isso permite, em caso de necessidade, agir de acordo com os resultados obtidos para manter a estabilidade de funcionamento e aumentar a eficiência operacional de equipamento. Assim, consegue-se aumentar a qualidade e quantidade das peças produzidas. Também está previsto que informação do servidor fique disponível em todos os dispositivos com cliente OPC UA ou navegador WEB instalados e ligados à mesma rede do servidor OPC UA. Além de monitorização da máquina em tempo real, o servidor cria uma base de dados e armazena as variáveis da produção no disco do servidor OPC UA, com a possibilidade de extrair essa base de dados para dispositivos externos. Os parâmetros da máquina de injeção monitorizados neste projeto compreendem a temperatura de água nos circuitos de arrefecimento do molde, a temperatura de óleo hidráulico da máquina, a pressão de injeção, a energia elétrica consumida durante um ciclo e durante a produção total, a quantidade de ciclos e o tempo de ciclo. A cada ciclo de injeção é realizado o registo de todos os valores atuais numa base de dados em formato SQLITE (Structured Query Language Database Engine). A análise de dados obtidos ajuda a avaliar eficiência atual na produção e elaborar as estratégias e técnicas de funcionamento da máquina de injeção para melhorar e otimizar o desempenho, reduzir o tempo de ciclo e diminuir o custo de produção, aumentando a competitividade da empresa no mercado. Além disso, a análise de dados permanente auxilia constantemente a controlar e avaliar a viabilidade económica das soluções propostas e melhorias implementadas e, com base de novos dados, a desenvolver novas recomendações práticas para a otimização dos processos de injeção. No final, contribui para avaliar o impacto dos princípios de Indústria 4.0 na produção de plásticos e como estes princípios podem ser aplicados e integrados nos processos de funcionamento para transformar a produção de plásticos.
- Industrialização de caixa plástica com recurso a softwares de engenhariaPublication . Silva, Rui Pedro Sousa; Vasco, Joel Oliveira CorreiaO processo produtivo para a obtenção de uma peça plástica final apresenta diversas etapas, desde a conceção e desenvolvimento da peça, à realização da ferramenta para a produção da mesma. Durante a conceção e desenvolvimento de uma peça, existe um conjunto de boas práticas que devem ser implementadas para otimizar a qualidade e o custo das mesmas. Por outro lado, a utilização de softwares de Computer Aided Engineering também permite que, durante a fase inicial do processo, sejam antecipados eventuais problemas futuros, que podem mesmo inviabilizar a produção da peça. Para produções com elevadas cadências, a implementação do processo de moldação por injeção torna-se extremamente apelativo tendo em conta os benefícios que este apresenta nomeadamente a cadência e a repetibilidade. Este trabalho, teve como por objetivo a industrialização de uma caixa plástica para a recolha de ovos de insetos, com base numa geometria de rede já existente, tendo sido realizadas simulações numéricas referentes ao enchimento da caixa, através da utilização de um software de CAE, o MOLDEX3D 2021. O enchimento correto da caixa é fundamental para a viabilização deste projeto devido às caraterísticas geométricas presentes na mesma, que se revelam de difícil enchimento. Determinadas as condições de processamento necessárias para a produção da caixa, foi desenvolvido o projeto do molde de injeção com o auxílio de um software de CAD, o SOLIDWORKS 2022 e por último, foi realizado um custeio das peças, consoante a quantidade de peças produzidas, e do molde através de um software de orçamentação para moldes de injeção, o QuickQuote v1.9.0.5.
- Desenvolvimento de um equipamento para produção por extrusão de fitas em compósito de matriz termoplásticaPublication . Coutinho, Marco António Fialho; Novo, Paulo Jorge da Costa Parente; Martinho, Pedro Miguel Gonçalves; Carreira, Pedro José da SilvaOs Compósitos de matriz termoplástica são um produto emergente na indústria e vêm criar novos desafios ao nível dos processos de fabrico quando comparados com os de matriz termoendurecível. A suas propriedades mecânicas, tempos de ciclo, características das matrizes termoplásticas, nomeadamente o comportamento à fadiga, a sua tenacidade, a tolerância ao dano, a reciclabilidade e consequentemente a durabilidade, conduzem, cada vez mais, a uma maior utilização deste tipo de materiais. Por outro lado, a elevada viscosidade dos polímeros termoplásticos quando comparada com a das resinas termoendurecíveis, dificulta a sua impregnação nos reforços fibrosos e consequentemente os processos de produção, sendo o espalhamento prévio do feixe de fibras para posterior impregnação pela matriz termoplástica, a opção seguida neste projeto de modo a minimizar as questões associadas ao este processo. Neste sentido, realizou-se neste trabalho o projeto e o dimensionamento de uma linha de produção de fitas pré-impregnadas em fibra de carbono com matriz termoplástica de poliamida pelo processo de impregnação por extrusão. Em seguida, procedeu-se ao estudo, fabrico e à otimização de um sistema de espalhamento mecânico de fibras. No estudo do espalhamento das fibras foram comparados os resultados obtidos com um modelo analítico para validação do sistema projetado e foi aplicada a metodologia do Desenho de Experiências (DOE), realizando testes com as variáveis do processo mais significativas, nomeadamente a velocidade de puxo, a utilização de ar comprimido, a variação da distância dos rolos de espalhamento e a geometria dos rolos. Pelos resultados obtidos, verificou-se que o sistema funciona devidamente e com a aplicação do DOE foi possível alcançar uma solução ótima dos parâmetros do processo para obter o melhor espalhamento do feixe de fibras em estudo. Foram também analisadas as fibras após o seu espalhamento por microscopia eletrónica de varrimento (SEM) para avaliar os efeitos do sistema sobre as mesmas e conclui-se que as fibras não sofrem qualquer dano com a passagem no sistema mecânico de espalhamento.
- ANÁLISE E MELHORIA DA LINHA DE PRODUÇÃO DE ESPAÇADORES DE BETÃOPublication . Leal, Bruno Miguel Santos; Correia, Mário António Simões; Gaspar, Marcelo Rudolfo CalveteAtualmente as empresas tem como desafio produzir mais com menos recursos e de forma rápida e eficiente, tendo em conta que os mercados onde estão inseridas é cada vez mais competitivo, e para isso é necessário que as empresas apostem na melhoria contínua dos seus processos produtivos. O principal objetivo deste projeto consiste na otimização de uma linha de produção de espaçadores de betão, de forma a aumentar a sua produtividade com vista à melhoria continua e consequentemente reduzir os recursos e tempo de produção. Este trabalho teve lugar na Vipremi, uma empresa dedicada ao fabrico e comercialização de elementos pré-fabricados em betão. Com vista a alcançar os objetivos em causa foi desenvolvido um plano para implementação das ferramentas Lean Manufacturing. O projeto foi desenvolvido para uma linha de produção de espaçadores de betão previamente existente, sendo que foram facultados e registados os dados iniciais, de forma a poder otimizar e ir de encontro com os objetivos definidos, nomeadamente os valores de produção diária (12 000 espaçadores de betão) e o tempo de produção de cada espaçador (159 segundos). Após descrição do funcionamento e fluxo da linha inicial, foi realizada uma análise de forma a poder verificar quais os principias desperdícios assim como formas de os eliminar. O objetivo consistia na otimização da linha e na eliminação de desperdício, sendo este um aspeto que afeta negativamente a empresa. Foram realizadas alterações à linha de produção com o foco na eliminação dos desperdícios identificados, de forma a tornar o sistema existente num fluxo contínuo e eficiente. Como resultado, foi possível através da implementação das melhorias propostas, o aumento da produção diária de espaçadores de betão para 21 000, redução do tempo de produção para 60 segundos, o que resultou num aumento de produtividade de 75% e ainda uma redução do desperdício de matéria-prima. Estes resultados permitiram assim à Vipremi aumentar a sua produtividade e competitividade. Contudo, como o objetivo do presente projeto é a melhoria continua, foram ainda apresentadas novas alterações de forma a tornar a linha mais eficiente e produtiva.
- Influência do Masterbatch nas peças moldadas por injeçãoPublication . Santos, Tiago Alexandre Soares dos; Pereira, António Mário Henriques; Martinho, Pedro Miguel GonçalvesA utilização de masterbatch para a coloração (pigmento) das peças produzidas pelo processo de moldação por injeção, tem aumentado em larga escala nas últimas décadas. Com a sua utilização podem-se obter diversos produtos de um mesmo artigo com diferentes cores. Contudo, a utilização dos pigmentos pode apresentar condicionantes em certos processos devido ao material utilizado e/ou à geometria da peça. O objetivo deste trabalho é avaliar a influência do masterbatch nos componentes moldados por injeção. Assim o trabalho desenvolvido pretende apresentar as alterações que a adição de pigmentos no Polietileno Linear de Baixa Densidade (LLDPE) provoca ao nível das propriedades mecânicas, térmicas e morfológicas do material. No estudo foram consideradas diferentes percentagens de pigmento no polímero e realizados diversos ensaios de caracterização de propriedades, nomeadamente, de: tração, dureza, Calorimetria Diferencial de Varrimento (DSC), densidade e de determinação do grau de cristalinidade. Com este estudo verificou-se um aumento da tensão máxima, da dureza, do grau de cristalinidade e da densidade do material. Assim, como conclusão dos trabalhos, pode-se verificar que as propriedades dos componentes moldados por injeção são influenciadas pela adição do masterbatch com maior impacto a ocorrer nos 3%.
- Análise e Otimização de Processos com base em Indicadores de Desempenho na Indústria VidreiraPublication . Silva, Miguel José; Alves, Maria Leopoldina Mendes Ribeiro de Sousa; Gaspar, Marcelo Rudolfo CalveteNos tempos que correm, para os gestores e os decisores, é importante que tenham nas suas organizações os mecanismos que lhes permitam antecipar e preparar a tomada de decisão em tempo útil e eficaz. Neste âmbito, os processos de negócio de uma empresa são o fator possível de diferenciação através da correta gestão de dados e informação, junto com os Sistemas de Suporte à Decisão (SSD), e da aplicação de ferramentas analíticas que permitam acrescentar valor a esses processos. De modo a poder atingir os objetivos propostos, foi feita uma revisão bibliográfica acerca de Business Intelligence e do seu impacto na tomada de decisão, definição de Indicadores- Chave de Desempenho (KPIs) e integração da melhor forma nos dashboaards, construção destes e, por fim, o uso do Lean UX para desenvolvimento de um produto. O presente projeto foca-se no desenvolvimento de ficheiros de recolha de dados e na criação de dashboards para o departamento da Oficina de Moldes e, na criação de alguns dashboards para outros departamentos da empresa Gallo Vidro – Vidrala, sediada na Marinha Grande, Leiria - Portugal. Assim, após a definição, por parte dos responsáveis dos vários departamentos, dos indicadores capazes de avaliar o estado geral de cada departamento, foram desenvolvidos dashboards em Excel com a integração dos KPIs. Adicionalmente, esta ferramenta permite analisar se o desempenho da empresa cumpre com os objetivos préestabelecidos e promove o desenvolvimento de ações de melhoria. Por intermédio deste projeto foi possível contribuir para o conhecimento na área dos sistemas de informação e em como os dashboards contribuem e facilitam a atividade de reporting e tomada de decisão.
- ESTUDIO Y OPTIMIZACIÓN DEL PROCESO DE TRANSFORMACIÓN DE RESIDUOS PLÁSTICOS EN ÓLEO PIROLÍTICOPublication . Pardo, Michael Oswaldo Castro; Oliveira, Nelson Simões; Heleno, Maria Lizete LopesLa pirólisis de plásticos es un proceso termoquímico que implica la descomposición térmica de los plásticos en ausencia de oxígeno. Durante la pirolisis, los polímeros se descomponen en monómeros, oligómeros, gases y sólidos carbonosos. La pirólisis de plásticos es una técnica prometedora para la gestión de residuos plásticos, ya que permite la conversión de residuos plásticos en productos valiosos, como combustibles. Mediante el presente trabajo se llegó a comprender los métodos y procesos que anteceden y ayudan a la realización de una pirólisis, los mismos que ayudan a obtener un sistema con una mayor fiabilidad y desempeñó, durante el proceso de transformación de plásticos en oleo pirolítico, mediante la unión de diferentes procesos térmicos y mecánicos se consiguió diseñar y mejorar la forma convencional de realizarlo. En cuanto al diseño y estudio del proceso de transformación de plásticos se optó por usar como alimentador un sistema de tornillo sinfín el mismo que se encontrará conectado a un sistema de calentamiento por medio de inducción de tipo abrazaderas, en este sistema se prevé realizar un precalentamiento del material que va a ingresar al reactor para realizar el proceso de la pirólisis. El proceso de precalentamiento fue diseñado con una tolva para el depósito de los plásticos y un tornillo sinfín usado para el transporte de este. Con referencia al tipo de reactor se optó por uno de tipo batch el cual contiene varias de las características deseadas, es por lo que fue elegido para conseguir realizar el estudio y diseño en base a este. Este tipo de reactor se caracteriza por tener un depósito cubierto por una chaqueta calefactora y en la mayoría de los casos por poseer un dispositivo de agitación. Para la activación de este proceso se tiene que conseguir atingir temperaturas entre los 300 y 600 °C, logrando así el proceso de descomposición del material plástico y posteriormente convertirlo en gas. Para fines de investigación se eligieron estudiar las zeolitas de tipo HZSM-5 ya que debido a su alta cristalinidad, área superficial y selectividad son muy activos en procesos catalíticos. Con la unión de estos procesos se puede mejorar los tiempos de descomposición de los plásticos ya que al salir del proceso de precalentamiento entra al reactor el cual consta de calentadores que funcionan por medio de inducción, una vez el material ingresado en el reactor el sistema se cierra herméticamente y este comienza el proceso de pirólisis. Los gases generados con el aumento de temperatura producen aproximadamente 0.190 kg/s, estos gases son transportados por una tubería hasta llegar a los condensadores los mismos que van a transformar el gas en líquido por las diferencias de temperaturas, el condensador será de tipo espiral y estarán ubicados de forma vertical y horizontal constando cada uno de ellos con una superficie total de 2.5 𝑚2 para realizar la condensación de gases. Este proceso es reproducido hasta llegar a tener un compuesto más leve, los gases no aprovechados salen por un conducto y son quemados en la salida del proceso.