ISEC - Dissertações de Mestrado
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- Modelo para sistema de alerta de previsão de cheias e inundações : identificação e validação de KPI’s com aplicação ao caso de CoimbraPublication . Morgado, Rafael Lopes; Sá, Filipe Alexandre Almeida Ningre deCom este trabalho de mestrado, pretende-se identificar indicadores de desempenho chave (KPI) provenientes da revisão da literatura, com o intuito de assinalar os que têm maior concordância entre os especialistas participantes no Método Delphi, e posterior aplicação de um indicador como prova de conceito, enquadrado num modelo de sistema de alerta de previsão de cheias e inundações para o caso de Coimbra. Numa primeira fase, esta dissertação apresenta uma revisão de literatura elaborada através da análise de uma amostra criteriosa de livros, dissertações, teses e artigos científicos da área, no sentido de entender os conceitos de hidrologia e a arquitetura de sistemas de alerta ativos para a previsão de cheias, permitindo paralelamente a identificação de uma lista de indicadores de desempenho com potencialidade de avaliação de um sistema de alerta. Seguidamente submeteu-se a listagem de indicadores a um processo do Método Delphi, com o intuito de se validar, acrescentar, retirar ou aprofundar indicadores divididos em quatro dimensões. Este método permitiu atingir o consenso em duas rondas, e contou com a participação de vinte e três especialistas. Como resultado do processo do Método Delphi, verificou-se uma máxima concordância por parte dos especialistas em nove indicadores, distribuídos por quatro dimensões. A partir deste contexto, um dos indicadores foi selecionado como prova de conceito – Áreas Inundadas Previstas e Reais – onde se realizou uma análise cartográfica com recurso às ferramentas de SIG, e se comparou zonas inundadas no evento histórico de 2001 em Coimbra com os limites de áreas de inundação previstos pelo PGRH – RH4A (elaborado pela APA) para períodos de retorno de 20, 100 e 1000 anos numa amostra de 3 km² escolhida pelo seu histórico recorrente de inundação. Além desta análise, efetuou-se também a análise da Cartografia de Zonas Inundáveis, oriunda também do mesmo Plano, onde se representou em mapas os níveis e áreas da Perigosidade de Inundação, Consequência / Exposição de Inundação e Risco de Inundação para os períodos de retorno de 20, 100 e 1000 anos. Resumindo, os resultados obtidos com esta amostra selecionada indicam que as ferramentas de SIG são fundamentais para extrair informações espaciais, com o poder de direcionar planos de emergência para uma maior prontidão em zonas potencialmente afetadas, bem como a importância e existência dos sistemas de alerta, e de que forma os podemos instalar e deles nos servir.
- Generative AI for human microbiome classificationPublication . Fonseca, Rafael Margarido; Pereira, Carlos Manuel Jorge da SilvaA aprendizagem automática tem ganho importância na identificação de padrões em dados biológicos complexos mas a sua aplicação em estudos do microbioma ainda enfrenta vários desafios. Os conjuntos de dados microbiológicos tendem a ser reduzidos, ruidosos e desequilibrados, o que dificulta o treino de modelos fiáveis. Neste trabalho uma "pipeline" unificada de aprendizagem automática foi desenvolvida para investigar como estratégias de balanceamento e técnicas generativas podem aumentar a diversidade dos dados e melhorar a estabilidade dos modelos. A "pipeline" foi aplicada a seis conjuntos de dados públicos do microbioma intestinal: dois relacionados com a diabetes tipo 2 e quatro outras condições — obesidade, hipertensão, artrite reumatoide e COVID-19. Normalizámos a abundância ao nível das espécies, integrámos os metadados disponíveis e treinámos vários modelos clássicos, de "ensemble" e redes neuronais. Os resultados obtidos mostram que os perfis do microbioma contêm informação suficiente para distinguir indivíduos com diferentes patologias, embora a robustez dos modelos varie entre fenótipos. Em várias patologias, como a obesidade e o COVID-19, os modelos mantêm um desempenho consistente entre validação e teste, enquanto noutros casos, como a Artrite Reumatoide, observa-se uma quebra clara de generalização. Para facilitar a análise e reutilização destes modelos, foi também desenvolvida uma aplicação web que permite treinar e testas modelos bem como consultar métricas. No fim, este trabalho ilustra como técnicas de aprendizagem automática e métodos generativos podem apoiar a investigação do microbioma humano e contribuir para estratégias mais precoces de avaliação de risco de diversas patologias.
- Data reduction techniques for edge environmentsPublication . Fernandes, Vítor Hugo Silva; Bernardino, Jorge Fernandes Rodrigues; Pereira, Vasco; Carvalho, GonçaloO rápido crescimento na produção de dados tornou cada vez mais desafiante a gestão, o armazenamento e a transmissão de grandes volumes de informação, especialmente em ambientes com recursos limitados. Este trabalho apresenta uma comparação entre diferentes técnicas de redução de dados. Foi realizada uma revisão abrangente do estado da arte para identificar e categorizar algoritmos com foco nas suas características, formando a base para uma taxonomia estruturada. O pipeline utilizado para os testes opera num dispositivo Raspberry Pi e realiza a preparação, redução e recolha de métricas de dados utilizando conjuntos de dados comuns que abrangem diferentes tipos de dados, incluindo dados temporais, numéricos e textuais. Os resultados da avaliação mostraram que JPEG e Block Averaging são eficazes na redução de dados de imagem, enquanto MP3 se destaca na compressão de áudio. Quanto aos dados numéricos e temporais, o BZip2 apresentou os melhores resultados. O objetivo deste trabalho é analisar diferentes algoritmos de redução de dados e avaliar a adequação dos mesmos a diferentes tipos de dados.
- Condition-based maintenance of passenger busesPublication . Duarte, Margarida Oliveira; Mendes, Mateus Daniel Almeida; Farinha, José Manuel TorresAs avarias mecânicas dos autocarros urbanos comprometem a eficiência da operação. Este estudo centra-se na Manutenção Baseada na Condição (CBM) de autocarros de passageiros, com foco em estratégias para reduzir falhas inesperadas, aumentar a disponibilidade dos veículos e minimizar os custos operacionais. A análise baseia-se em dados de uma frota de 53 autocarros Autosan Sancity M12LF que opera em condições urbanas numa cidade polaca. Estes dados incluem registos operacionais, registos de falhas e informações de manutenção, sendo utilizados para suportar a análise preditiva de falhas através de técnicas como FMECA (Analise de Modos de Falha, Efeitos e Criticidade), Análise de Pareto e Analise de Arvore de Falhas (FTA). Em paralelo, e realizada a monitorização do óleo lubrificante utilizando Analise de Componentes Principais (PCA) e Agrupamento K-Means, aplicados a um conjunto de dados distinto recolhido de autocarros de outros modelos em operação na Eslováquia. Este conjunto de dados complementar fornece informações adicionais sobre os padrões de degradação por meio da analise do óleo. Os resultados revelam que as falhas mais criticas derivam de um pequeno subconjunto de causas, sendo a fuga de liquido de refrigeração identificado como o principal evento topo através da Analise de Arvore de Falhas, devido ao seu impacto significativo e elevada probabilidade de ocorrência. Os indicadores de fiabilidade apontam para um MTTR (Tempo Medio para Reparação) medio da frota de 2,66 horas e um MTBF (Tempo Medio entre Falhas) de 26,55 horas, resultando numa Disponibilidade Intrínseca de 90,69%. No entanto, a Disponibilidade Operacional foi inferior, situando-se nos 78,47%, devido ao tempo prolongado de inatividade durante a manutenção. A elevada proporção de manutenções não planeadas (92,23%) evidencia a necessidade de um melhor planeamento de manutenção. A analise do óleo destaca ainda padrões de degradação bem definidos, associados as condições operacionais e a maturidade do motor. Os resultados demonstram que indicadores convencionais como a quilometragem não são totalmente fiáveis para avaliar a degradação do óleo, reforçando a necessidade de uma monitorização baseada na condição, utilizando variáveis físico-químicas e de contaminação. Os resultados evidenciam a importância da Manutenção baseada na Condição para melhorar a fiabilidade e a eficiência operacional da frota.
- Implementação de estratégias de inovação na gestão da manutenção industrial : um estudo de caso sobre a adoção de tecnologias emergentesPublication . Carvalho, Sueid Pereira de; Almeida, Jorge Alexandre Caldeira Gonçalves deEsta dissertação tem como objetivo investigar o papel da manutenção industrial como eixo estratégico na transição digital das organizações, com foco na aplicação de tecnologias emergentes. Por meio de uma abordagem qualitativa, que combina revisão bibliográfica com dois estudos de caso, um no setor aeroespacial e outro no setor de energia eólica e uma aplicação prática, analisa-se o uso de ferramentas como machine learning, sensores inteligentes, gêmeos digitais e inteligência artificial na implementação de práticas de manutenção preditiva. Os resultados demonstram que a digitalização da manutenção permite antecipar falhas, reduzir paradas não programadas, otimizar recursos e aumentar a confiabilidade operacional dos ativos. Os estudos de caso ilustram na prática como essas soluções podem ser integradas aos sistemas produtivos, e revelam tanto os benefícios obtidos quanto os desafios enfrentados. A dissertação propõe ainda recomendações para uma adoção eficaz dessas tecnologias, contribuindo com orientações relevantes para profissionais e gestores interessados em alinhar suas estratégias de manutenção aos princípios da transformação digital.
- Evaluation of the impact of AES encryption on Query Read performance across Oracle, MySQL, and SQL server databasesPublication . Carvalho, Márcio André Correia de; Bernardino, Jorge Fernandes Rodrigues; Sá, Filipe Alexandre Almeida Ningre deA segurança da informação é essencial quando os dados são partilhados entre entidades, uma vez que vulnerabilidades podem comprometer tanto o emissor como o recetor, e até mesmo sistemas inteiros. Esta tese procura avaliar o impacto no desempenho de consultas em bases de dados encriptadas. Para tal, foram identificados e selecionados algoritmos de encriptação populares e bastante utilizados, com base na disponibilidade de encriptação nativa que utilizasse os mesmos métodos e algoritmos em diferentes plataformas de base de dados. Com base nesses critérios, o algoritmo AES revelou-se o mais adequado, devido à sua grande adoção em diversas bases de dados nas variantes de 128, 192 e 256 bits. De seguida, foram selecionadas as bases de dados que suportavam estes algoritmos, e foi concebido um ambiente de teste para cada cenário, o qual incluía diferentes algoritmos de encriptação, fatores de escala e plataformas de base de dados. Para cada cenário, foram executadas consultas a bases de dados simulando cenários reais (TPC-H). Os tempos de execução obtidos foram processados através de um script em Python, que converteu os valores de ficheiros de texto para um ficheiro de Excel devidamente formatado, associando os resultados ao número e execução da respetiva consulta de base de dados. Os parâmetros de avaliação selecionados foram os tempos de execução e os recursos do sistema: CPU, RAM e atividade de disco. O tempo de execução foi escolhido como principal métrica de desempenho, por refletir diretamente o impacto da encriptação nos recursos de sistema no processo a ser executado. Os recursos de sistema foram analisados para garantir condições de teste semelhantes. Foi observada uma elevada variação nos resultados de desempenho em diferentes configurações, especialmente na Oracle, incluindo em alguns casos sem encriptação. Neste estudo, foram utilizadas as bases de dados Oracle, MySQL e SQL Server para analisar o impacto do desempenho das bases de dados encriptadas em diferentes fatores de escala durante a execução de consultas. O Oracle demonstrou que o AES-192 é o algoritmo mais equilibrado em fatores de escala mais reduzidos, mas o AES-128 superou os restantes tamanhos de chave AES para um fator de escala de 10. O SQL Server apresentou uma escalabilidade de desempenho expectável, sendo o AES-192 novamente o mais equilibrado, tal como no Oracle, mas no fator de escala 1, o AES-256 teve um desempenho superior. O MySQL v8.0.38 revelou menor variação nos fatores de escala superiores, embora a estabilidade global tenha melhorado significativamente na versão Enterprise 9.2. Ao comparar o SQL Server com a Oracle, verificou-se que o SQL Server apresentou um desempenho bastante superior: a um fator de escala 10, o AES-256 foi até 40 vezes mais rápido. Mesmo sem encriptação, a Oracle foi cerca de oito vezes mais lenta do que o SQL Server. O MySQL v8.0.38 registou maior variabilidade nos dois fatores de escala testados, enquanto o MySQL v9.2 apresentou melhores resultados, com maior estabilidade e melhor gestão de recursos.
- Caracterização da durabilidade e das propriedades diferidas de betões de elevado desempenho para fabrico de cascasPublication . Rodrigues, Ana Carolina Simões; Costa, Hugo Sérgio Sousa; Carmo, Ricardo Nuno Francisco doO setor da construção civil representa uma das maiores fontes de consumo de recursos naturais e emissões de CO2, o que tem impulsionado a necessidade de desenvolvimento de construtivas mais sustentáveis e eficientes. Neste contexto, o desenvolvimento de soluções de elevado desempenho, como é o exemplo dos betões de elevado desempenho - UHPC (Ultra-High Performance Concrete), têm vindo a destacar-se como consequência das suas propriedades mecânicas superiores, elevada durabilidade e microestrutura ultradensa. Contudo, para a aplicação em elementos estruturais esbeltos, como as cascas ultrafinas do Projeto Pre-Shell é crucial caracterizar e compreender todo o comportamento deste material. No âmbito deste estudo, foram formuladas diversas misturas, onde parte do cimento foi substituído por adições como cinzas volantes, sílica de fumo e escórias de alto forno, entre outras. Esta substituição visa reduzir o elevado impacte ambiental associado à produção de cimento Portland, reduzindo a quantidade de CO2 emitida e os respetivos custos associados, sem que as propriedades mecânicas, diferidas e de durabilidade do UHPC sejam comprometidas. A otimização destas misturas contribui para uma microestrutura ainda mais densa, garantindo um desempenho controlado das principais propriedades. A presente dissertação tem como objetivo principal a caracterização da durabilidade e das propriedades diferidas fundamentais ao desenvolvimento de cascas préfabricadas. De forma a atingir este objetivo, foi desenvolvido um programa experimental que considera uma análise do estado fresco, uma avaliação das propriedades mecânicas no estado endurecido e a realização de ensaios específicos para determinar o comportamento diferido e a resistência a condições de ambientes agressivos. Além disso, além da variação paramétrica dos agregados e das fibras de reforço, estudou-se a influência da incorporação de materiais cimentícios suplementares (SCMs) com o intuito de melhorar a ecoeficiência das composições. Adicionalmente, foi realizado um estudo que permitiu avaliar o desempenho do UHPC após a exposição a temperaturas elevadas, simulando condições extremas como cenários de incêndio. Os resultados obtidos permitem estabelecer uma relação entre a composição do UHPC, a idade do betão e as respetivas propriedades de desempenho, contribuindo para o avanço do conhecimento sobre a aplicação deste material em elementos estruturais. Os resultados experimentais e as análises realizadas nesta investigação promovem o desenvolvimento de soluções construtivas inovadoras, que além do elevado desempenho, durabilidade e sustentabilidade, respondam assim aos desafios atuais da engenharia civil.
- Analysis and optimisation of the drilling tip of timber screwsPublication . Kammer, Elisa; Roseiro, Luís Manuel Ferreira; Paulino, Maria de Fátima da CostaNa construção civil com madeira, são utilizados parafusos especialmente certificados com pontas de furação. Estas pontas de furação têm aletas de corte que cortam as fibras da madeira à medida que o parafuso é inserido, reduzindo assim a propagação de fenda na madeira. O objetivo desta tese passou por analisar a influência das características geométricas das pontas de perfuração nas forças de fendilhação, no engate inicial da rosca em ângulos de inserção de 90° e 45°, no parâmetro de retirada e no binário de inserção. As conclusões obtidas são então utilizadas para desenvolver uma ponta de parafuso que permite um engate inicial da rosca mais rápido, mantendo valores reduzidos das forças de fendilhação, do binário de inserção e valores elevados do parâmetro de retirada em comparação com a ponta de parafuso atual da Würth®, 'ASSYplus 4 VG'. Para a análise, são examinados onze tipos diferentes de pontas de parafusos e a influência das suas características geométricas é avaliada pelo modelo linear de efeitos mistos (LME). As características geométricas examinadas são o diâmetro interno, o passo da rosca, o início da rosca, o ângulo da ponta, o comprimento das aletas de corte e o início das aletas de corte medido a partir da ponta. Os resultados mostram que as forças de fendilhação são reduzidas pelas aletas de corte. Quanto mais longas forem as aletas e quanto mais tarde começarem, maior será o seu efeito na redução das forças de fendilhação. O mesmo se aplica ao binário de inserção. O engate inicial da rosca a 90° e o engate a 45° de inserção são influenciados positivamente por um início precoce da rosca e um ângulo de ponta pequeno. Parafusos com as novas geometrias de ponta são produzidos através de fabrico aditivo com tecnologia SLM, e são testados da mesma forma que os parafusos precedentes, seguindo-se uma comparação dos resultados. Um parafuso com uma nova geometria da ponta, que foi lixado nos flancos da rosca e tratado com o lubrificante para parafusos 'Gleitmo', apresentou uma melhoria nas forças de fendilhação e no binário de inserção, que foram 28% e 27% menores do que os do 'ASSYplus 4 VG', respetivamente. No entanto, o parâmetro de retirada diminuiu 17%. Em relação ao engate inicial da rosca, observou-se a maior melhoria: devido ao início precoce da rosca e ao pequeno ângulo da ponta, as novas geometrias da ponta do parafuso apresentaram um engate inicial da rosca até 97% mais rápido quando aparafusadas verticalmente em comparação com o modelo 'ASSYplus 4 VG'. E, enquanto que o 'ASSYplus 4 VG' não agarrou, sequer, a superfície inclinada, as novas geometrias apenas deslizaram 3 mm antes de agarrarem a superfície quando foram aparafusadas a um ângulo de 45°.
- Avaliação e perspetivas de evolução de zonas 30 e de zonas de coexistência nas cidadesPublication . Cardoso, Susana Crescêncio; Capitão, Silvino Dias; Martins, Mário Miguel de AbreuDe acordo com os dados da Autoridade Nacional de Segurança Rodoviária, cerca de 70% dos acidentes rodoviários com vítimas em Portugal, ocorrem em áreas urbanas. Estes números refletem uma abordagem tradicional que promove a velocidade e a eficiência do tráfego em projetos viários, mesmo em locais com elevada presença pedonal e outros utilizadores vulneráveis, como vias locais ou distribuidoras. Deste modo, torna-se essencial adotar um novo paradigma na conceção de vias urbanas focadas em garantir a segurança de todos os seus utilizadores, particularmente os mais frágeis. Esta transformação pode ser realizada recorrendo a Zonas de Coexistência e Zonas 30. Assim, o presente trabalho, estuda detalhadamente o surgimento e a evolução dessas zonas em diferentes contextos urbanos, com destaque para a relevância do desenho urbano, medidas de acalmia de tráfego e a necessidade de políticas públicas inclusivas. As zonas 30, onde a velocidade máxima é limitada a 30km/h, e as zonas de coexistência, que promovem a partilha do espaço entre diferentes utilizadores, são apresentadas como soluções eficazes para reduzir o risco de acidentes, diminuir a poluição sonora e atmosférica, e aumentar a atratividade dos espaços públicos. A metodologia combina a análise de entrevistas com representantes de municípios acerca da sua experiência com a conceção e implementação de zonas 30 e de coexistência, e a medição do nível de ruído associado à velocidade dos veículos nas povoações de Mira e Águeda. Das entrevistas realizadas parece ainda não haver um padrão claro quanto à forma em que, nos diversos municípios, se procede à conceção e realização de zonas de 30 e de coexistência. Por seu turno, os resultados das visitas de campo indiciam que a redução de velocidade contribuiu para níveis de ruído mais baixos ao mesmo tempo que o aumento da utilização do espaço público pelos peões, devido à sua maior atratividade, conduzirá a menores emissões atmosféricas.
- Análise comparativa de ciclos de vida e políticas de manutenção em energias renováveisPublication . Vitória, Danilo Gomes; Vieira, Ana Carla Vicente; Farinha, José Manuel TorresAs primeiras revoluções industriais, apesar de promoverem o progresso, também trouxeram preocupações ambientais, como o aumento do dióxido de carbono (CO₂) na atmosfera, mudanças climatéricas, e o aumento do nível do mar. Com metas globais de descarbonização até 2050, cresce a procura por soluções cada vez mais eficientes e sustentáveis. Este estudo investiga o papel das energias renováveis na transição energética, focando principalmente na eletrificação dos setores e na energia solar, destacando a contribuição do consumidor final para o desenvolvimento sustentável. A metodologia envolve a avaliação de desempenho e comparação dos modelos de ciclo de vida e políticas de manutenção aplicados aos sistemas de energias renováveis. Serão analisados indicadores como o valor de retorno, custos de posse, rendimentos financeiros, número falhas e tempo de reparação. Um caso de estudo foi desenvolvido para avaliar uma solução de baixo custo desenvolvida para produção de água quente sanitária (AQS), sendo uma alternativa aos painéis fotovoltaicos, especialmente no Brasil, onde os chuveiros elétricos representam grande parte do consumo elétrico de uma habitação. Aplicando os dados obtidos no estudo de caso em uma análise integrada com modelos matemáticos de ciclo de vida e políticas de manutenção, foi possível obter uma visão abrangente sobre a durabilidade e a eficiência desse projeto, demonstrando também que uma tomada de decisão deve ser feita com base em uma visão holística analisando os indicadores como um todo. Os resultados mostraram que o sistema solar térmico elaborado oferece um retorno económico atraente e um bom desempenho, representando uma opção de menor custo em comparação com as tecnologias solares usuais, reforçando também que, além das políticas globais de descarbonização, as ações locais e individuais são fundamentais para um futuro sustentável.