EN - TMI - Curso Engenheiros Navais – ramo Mecânica
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- Análise de risco de manutenção aplicada aos navios da Marinha PortuguesaPublication . Rodrigues, Manuel Nogueira; Lampreia, Suzana Paula SilvaUma das principais funções do oficial Engenheiro Naval do Ramo de Mecânica é a realização da Gestão da Manutenção dos sistemas e equipamentos de bordo. Estes equipamentos são de extrema importância e devem desempenhar as suas funções com a máxima disponibilidade e performance elevada, para o cumprimento da missão dos navios da Marinha Portuguesa. A manutenção preventiva, e em especial aquela que é baseada na condição, é de extrema importância, para o bom funcionamento dos sistemas. Realizar este tipo de manutenção poderá significar, não só a preservação operacional dos equipamentos e sistemas, mas também limitar os custos de manutenção a médio prazo devido a falhas catastróficas, contribuindo para manter elevados padrões de prontidão dos meios. Tendo em conta a conjetura atual económico-financeira da Marinha Portuguesa e a falta de recursos humanos para cumprir com os planos de manutenção, definidos pelo sistema de manutenção planeada de cada navio e aquilo que os fabricantes preconizam, e de forma a garantir a operacionalidade dos meios navais, é imperativo desenvolver metodologias que avaliem de modo contínuo o risco operacional dos equipamentos perante o eventual não cumprimento dos planos de manutenção. Esta dissertação tem por base o desenvolvimento de uma análise de risco à manutenção dos navios da Marinha, mais precisamente, no caso de manutenção preventiva não ocorrer e os riscos associados. Sendo assim, na presente dissertação, a análise de risco a ser utilizada vão ser: matriz de risco e Failure Modes and Effects Analysis/Failure Modes, Effects and Criticality Analysis de forma a poder realizar comparações entre os dois métodos e poder priorizar quais os tipos de manutenção que deverão ser realizadas. O caso prático apresentado foi sobre os seguintes equipamentos: Motor Diesel Propulsor, Motor Elétrico Propulsor, Caixa Redutora, AC, CPP Compressor de ar, Linha de Veios e Geradores pertencente ao NRP Viana do Castelo da classe Viana do Castelo.
- Análise e Prevenção de avarias de um veio de manivelas de um motor PielstickPublication . Simões, Eduardo José Varela; Martins, Rui Fernando dos Santos Pereira; Silva, Paulo Alexandre Marques Pires daNa engenharia mecânica há cada vez mais necessidade de utilizar e de prever o comportamento das máquinas térmicas, mais propriamente dos motores de combustão interna, em especial na área da manutenção e da prevenção de falha num dos componentes vitais de um motor a 4 tempos: o veio de manivelas. Esta situação já tem sido bastante observada na indústria mecânica naval, nomeadamente na Marinha Portuguesa e, devido ao seu elevado grau de importância no desempenho de qualquer motor, decidiu-se focar o trabalho desta tese no estudo dos motores a diesel S.E.M.T Pielstick das unidades navais da Marinha Portuguesa, mais especificamente das corvetas da classe “João Coutinho” e da classe “ Baptista de Andrade”, devido ao historial de ocorrência de falhas no veio de manivelas nesta classe de navios e em outras da Marinha Portuguesa. Para efetuar este estudo, utilizaram-se todos os dados relativos ao historial de ocorrências de falhas destes motores, bem como todos os dados disponíveis do fabricante destes motores, por forma a reproduzir da forma mais fiável possível um modelo tridimensional do veio de manivelas no programa de modelação informática CAD Solidworks®, e possibilitar a análise cinemática do veio de manivelas. Desta forma, foi possível simular as condições de funcionamento do motor, assim como analisar e determinar a causa de falha do veio de manivelas, visando prolongar a vida útil dos veios de manivelas, contribuindo não só para menores custos de manutenção mas também para o aumento da operacionalidade destes navios.
- Aparato para medição de forças e momentos de navios soçobradosPublication . Machaieie , João Simião; Rentróia, José Pita Rodrigues; Silva, Paulo Alexandre Marques Pires daCom a presente dissertação pretende-se desenvolver um aparato que permita efetuar medições, o mais precisas possível, de forças e momentos para os navios que se encontrem soçobrados. Assim este aparato será projetado para ser simulado no Tanque do Laboratório de Arquitetura Naval, para podermos ter condições que ajudem a estudar os diversos modos de calcular forças e momentos de um navio soçobrado. Esta dissertação divide-se em duas partes, uma teórica e outra prática. Numa primeira parte, na seção do enquadramento teórico, foram abordados conceitos que serviram de base, para o estudo do comportamento da plataforma durante o processo de alagamento, com base em princípios da Arquitetura Naval, nomeadamente da Estabilidade. Com isto, foram realizados cálculos em Excel por forma a conseguir obter os gráficos de carenas direitas e inclinadas. Depois de ter obtido o gráfico de carenas inclinadas, foi mais acessível chegar ao cálculo dos momentos. Com esta base, a parte teórica fica concluída restando apenas a parte prática que irá ser comparada com esta e de seguida conseguiremos tirar algumas conclusões da viabilidade do aparato. Para realizarmos a parte prática, foi necessário fazer algumas alterações ao batelão, como poderemos ver nos capítulos seguintes. Com a ajuda da oficina da EN e da SA, foi possível contruir o aparato. Após construído o aparato, calcular-se-á os respetivos momentos e forças necessários para fazer com que o navio retome a sua posição inicial, tendo em conta as caraterísticas do tanque e adotando determinados pressupostos. Depois de efetuadas a provas no tanque e calibrado os componentes conclui que o sistema funcionava como pretendido inicialmente, pois devido aos pressupostos assumidos, o erro que resultou até foi relativamente baixo como irei demonstrar ao longo da dissertação.
- Aparato para medição do espetro de ondulação do Tanque do Laboratório de Arquitetura NavalPublication . Tacanho , Alexandre da Silva; Rentróia, José Pita Rodrigues; Silva, Paulo Alexandre Marques Pires daEste estudo pretende caraterizar o espetro de ondulação do Tanque do Laboratório de Arquitetura Naval, utilizando um sensor e um flutuador concebido com o objetivo de ser sensível à influência das ondas geradas, determinando a aceleração da superfície livre derivada da variação da sua elevação provocada por essas ondas. Esta dissertação começa por ter a teoria linear das ondas como base, uma vez que vão ser geradas ondas no tanque, e dada a interferência destas com o objeto concebido, vai ser notado o efeito de arfagem nesse mesmo objeto. Dada a sua sensibilidade para notar a aceleração proporcionada pelas ondas, e com o auxílio de um acelerómetro, um amplificador de carga e um osciloscópio, vamos obter o gráfico correspondente a essa aceleração num certo período de tempo, cuidadosamente definido por forma a evitar as ondas estacionárias originadas devido às dimensões e restantes condicionantes do tanque. Recolhidos estes dados, e com o uso do , vai-se proceder à integração dos gráficos resultantes das medições, por forma a passar o gráfico correspondente à aceleração medida para um gráfico de posição. Para obter o espetro de ondulação correspondente ao tanque, torna-se necessária a criação de um código respetivo às Transformadas Rápidas de Fourier utilizando diferentes regimes de rotações do gerador de ondas. Para confirmar a tendência dos valores a obter relativamente à frequência e à amplitude com a variação do regime de rotações do motor, os gráficos resultantes vão ser comparados com os valores obtidos com base nas fórmulas da teoria linear das ondas.
- Aplicação de Ligas com Memória de Forma como Dispositivos de SegurançaPublication . Nunes , Miguel José Costa e Nora Lopes; Fernandes, Francisco Manuel Braz; Duarte, Pedro Jorge MotaAs ligas com memória de forma Ni-Ti apresentam diversas características bastante úteis, das quais podemos realçar a sua elevada resistência à corrosão, às vibrações e geração de forças superiores quando comparadas com outros atuadores. Estas ligas apresentam diversas áreas de aplicabilidade em diferentes aéreas de pesquisa, como a metalomecânica, a robótica, aplicações espaciais, sendo mais relevante para este trabalho a sua aplicação em mecanismos de segurança para portas e acessos. Com este trabalho, pretendemos contribuir para uma forma eficaz de combate e contenção de incêndios em navios, através da apresentação de um mecanismo que vai permitir o corte de ventilação e isolamento no local do incêndio, permitindo criar uma fronteira de fumos que levará ao combate do incêndio por asfixia. O trabalho descreve um mecanismo idealizado com a utilização de ligas com memória de forma, que vai proceder à libertação de um flap, para isolamento da ventilação, na presença de temperatura proveniente do incêndio. Descreve também ensaios termomecânicos realizados, para determinação das características das molas e seu comportamento em determinadas situações chave. Para isto, irão ser utilizadas duas molas com diferentes gamas de temperatura, com o intuito de demonstrar a eficácia na utilização de diversos atuadores de ligas com memória de forma. Todos os testes foram feitos na presença de gamas de temperatura que se assemelham aos valores de atuação dos sistemas automáticos de extinção por água, pelo que os resultados obtidos, ilustram a verdadeira eficácia e utilidade do mecanismo, em casos reais.
- Avaliação da Integridade Estrutural e Prevenção de Avarias em Veios de Manivelas de MotoresPublication . Gaivota , João Alexandre Narciso; Martins, Rui Fernando dos Santos Pereira; Silva, Paulo Alexandre Marques Pires daNa engenharia mecânica, a manutenção dos equipamentos é uma área bastante sensível que requer a monitorização constante do comportamento mecânico dos materiais e dos componentes que constituem um sistema mecânico, a monitorização das condições de serviço, etc.. Nos motores de combustão interna de 4 tempos, tem-se registado uma frequente ocorrência de falha em veios de manivelas. Esta situação é bastante conhecida, nomeadamente na Marinha Portuguesa, devido à ocorrência deste problema nos motores diesel das fragatas da classe “Vasco da Gama”, navios de elevado empenho operacional, o que compromete o seu desempenho e total disponibilidade. Conforme referido anteriormente, os motores em análise têm apresentado um número significativo de falhas no veio de manivelas, sendo um objeto de interesse a ser estudado e avaliado. Como base de estudo, utilizaram-se os registos recolhidos das averiguações à data das ocorrências das falhas, juntamente com os dados disponíveis acerca dos motores em questão, bem como do seu veio de manivelas, de modo a recriar, com a ajuda do programa informático de modelação CAD Solidworks ®, um modelo em três dimensões do veio de manivelas. Deste modo, foi possível analisá-lo através do método dos elementos finitos, simulando todas as condições de funcionamento do motor, a fim de se obter com o maior rigor possível o comportamento do veio de manivelas. As simulações numéricas realizadas consistiram em análises estruturais lineares e não lineares, no domínio estático, mas também na análise de frequências e modos de vibração e ainda no comportamento à fadiga do componente. Já na fase final da presente dissertação, sugerem-se possíveis alterações na geometria do veio, de modo a reduzir as tensões induzidas. Com este trabalho conclui-se que, para as condições de carregamento utilizadas, o veio não aguenta as solicitações no regime de altas rotações, acabando por fraturar num curto tempo de vida, o que está de acordo com os casos ocorridos.
- Avaliação da recuperação da energia de bordo, sua armazenagem e utilização em navios da Marinha PortuguesaPublication . Esteves, Pedro Manuel Calado; Antunes, Jorge; Santos, Miguel José Pereira Sales CaviqueO crescente consumo de combustíveis como gasóleo e gasolina, cria cada vez mais dependência nos combustíveis fósseis. As atividades da Marinha dependem muito deste recurso, sendo por isso importante utilizar a sua energia como um recurso escasso, mas com grande impacto económico e ambiental durante as diversas missões. Existe então a necessidade de encontrar fontes de energia alternativa ou aproveitar os recursos ainda disponíveis. O presente trabalho avalia o potencial de aproveitamento da energia térmica contida nos gases de evacuação do NRP Viana do Castelo da Marinha Portuguesa. Para tal foi criado um modelo teórico de aproveitamento da energia calorífica libertada pelos motores diesel, através de um ciclo orgânico de Rankine (ORC). Foi necessário o estudo termodinâmico deste ciclo para os fluidos orgânicos escolhidos, nomeadamente o R134a e do R245fa. A simulação do comportamento da instalação propulsora sob diversos regimes permitiu determinar a disponibilidade de calor rejeitado pela instalação a diversos regimes de máquinas, para ser recuperado pelo sistema proposto. A utilização conjunta do ORC com um chiller de absorção de brometo de lítio, para aproveitar o calor residual permite o aumento do intervalo de temperaturas entre o condensador e evaporador, permitindo que no processo global se obtenha um acréscimo do rendimento do ciclo. A energia obtida é posteriormente armazenada em baterias de brometo de lítio, pelas vantagens apresentadas ao comparar com diversos métodos de armazenamento. Considerando um sistema que é constituído por permutadores de calor de placas soldadas e um chiller de absorção foi feito a análise da energia recuperada obtendo-se um rendimento teórico máximo de cerca de 20%, utilizando o R245fa. A energia prevista recuperada numa missão de um dia é equivalente a metade das necessidades do navio durante o tempo a navegar, produzida nos geradores.
- Avaliação de falha em sistemas de refrigeraçãoPublication . Baptista, Daniel Santos; Santos, Miguel CaviqueUma das primeiras aplicações da Teoria de Dempster-Shafer - DempsterShafer Theory (DST) como método de abdução de sintomas aplicado a falhas em sistemas de refrigeração é apresentada nesta dissertação. A metodologia proporciona uma estrutura de desenvolvimento de novos métodos de Deteção e Diagnóstico de Falhas - Fault Detection and Diagnosis (FDD) apoiados pela DST. O estudo de um sistema de refrigeração, como sistema complexo, permite a aplicação de um algoritmo de FDD. A deteção antecipada de condições de falha é usada em manutenção preventiva. A Análise de Modos de Falha e Efeitos - Failure Mode and Effects Analysis (FMEA) permite discriminar e priorizar possíveis modos de falha de modo a selecionar falhas adequadas à FDD. Os Conjuntos Difusos - Fuzzy Sets (FS) definem funções de pertença que melhor caracterizam o estado de um parâmetro face a uma avaliação em detrimento da definição de um limiar de valores discretos. A quantificação do desvio de um parâmetro analisado é resultado do sistema de inferência construído. A Inteligência Artificial - Artificial Intelligence (AI) é uma ferramenta que permite ajustar modelos de sistemas complexos, suportados por conhecimento especialista conforme novas entradas de dados. A DST é uma teoria para o tratamento de incerteza em ambientes de informação incompleta ou ambígua que considera dois limites para a possibilidade dos acontecimentos: a crença e a plausibilidade. O programa materializa um raciocínio de abdução em vez de dedução. Às causas associam-se sintomas. A aquisição de dados pode evidenciar sintomas. As causas são determinadas com base em valores probabilísticos para cada condição de falha possível. A regra de combinação de evidências da DST permite considerar e combinar duas ou mais fontes de informação. A compilação de pequenos indícios que não dão alarmes ou pré-alarmes podem ser combinados para identificar situações anormais.
- Barra de Pressão de HopkinsonPublication . Pires , Tiago Leonel Marques Carmona Afonso; Martins, Rui Fernando dos Santos Pereira; Silva, Paulo Alexandre Marques Pires daNos dias de hoje, para a realização de qualquer projeto, é necessário fazer uma rigorosa escolha dos materiais que são utilizados, e para tal é preciso saber como é que estes se comportam perante os vários fatores presentes. Muitas das vezes estes comportamentos são estudados através de ensaios destrutivos com taxas de deformação elevadas, tal como é o caso do sistema de uma Barra de Pressão de Hopkinson. Este trabalho tem como objetivo a criação de um projeto de uma Barra de Pressão de Hopkinson para ser construída no laboratório do Departamento de Ciências e Tecnologia da Escola Naval, para que no futuro os Cadetes da Classe de Engenharia Naval do Ramo Mecânica possam realizar ensaios, e estudar os comportamentos dos materiais perante taxas de deformação elevadas. Nesta Dissertação está explicada toda a teoria que está por trás do sistema de uma Barra de Pressão de Hopkinson, e todos os passos que foram tomados para a criação do projeto, para simplificar da melhor forma possível toda a física que está por trás deste sistema, com o intuito de facilitar a leitura.
- Comparação entre processos de dessalinização para produção de água em cenários de catástrofe ambientalPublication . Monteiro, Bambi de Almeida; Santos, Miguel José Pereira Sales CaviqueAtualmente, a produção de água potável através de processos de dessalinização da água salgada é uma realidade cada vez mais presente na vida de muitas sociedades que enfrentam problemas de escassez de água. Portanto, a dessalinização surge como uma fonte alternativa para combater a elevada procura de água potável. Esta dissertação apresenta um estudo comparativo entre os sistemas de dessalinização, de modo a selecionar dois sistemas e avaliar as condições de implementação a bordo de um navio da Marinha, que se destine a produzir água para auxiliar localidades que por situações de catástrofes ambientais têm o acesso limitado. A abordagem consiste na descrição dos sistemas, avaliação dos modos de funcionamento e das capacidades de produção bem como a energia necessária. Este estudo considera a energia elétrica e térmica disponível a bordo dos navios da Marinha portuguesa da classe Viana do Castelo. São selecionados dois sistemas que podem ser alimentados pelos geradores de bordo. O desempenho dos sistemas é analisado através de simulações computacionais dos modelos matemáticos por intermédio dos softwares EES e WAVE. A solução apresentada consiste na combinação dos sistemas de osmose inversa (RO) com os sistemas térmicos de dessalinização de múltiplos efeitos (MED). Estes últimos alimentados pelo calor reaproveitado dos gases de exaustão e os sistema de osmose inversa por energia elétrica. Com esta combinação é possível produzir 1 814 m 3 de água por dia para fornecer 20 litros a 90 700 pessoas. Valores alcançáveis com a colocação de dois sistemas térmicos no porão de carga, 45 sistemas de osmose inversa no cais por onde o navio estiver atracado e 48 sistemas de osmose inversa a bordo, metade na tolda e a outra metade no convés de voo.