Departamento de Engenharia Mecânica e Gestão Industrial (DEMGI)
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Browsing Departamento de Engenharia Mecânica e Gestão Industrial (DEMGI) by Field of Science and Technology (FOS) "Engenharia e Tecnologia"
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- Avaliação da biomassa de Paulownia enquanto combustível na forma peletizadaPublication . Pinto, Andrea Isabel Moreira; Paiva, João Luís Monney de SáEste trabalho teve por objetivo a avaliação da biomassa de Paulownia enquanto combustível na forma peletizada, na perspetiva do desempenho energético e ambiental duma caldeira doméstica. Os resultados foram comparados com péletes de Pinho comerciais e certificados pela norma ENplus. A Paulownia é uma espécie de crescimento rápido, originária da China e resistente numa gama alargada de condições climáticas. A espécie utilizada foi a Cotevisa 2, que é uma espécie híbrida interespecífica e não invasora, produzida em Espanha a partir de Paulownia elongata x Paulownia fortunei. O poder calorífico da biomassa de Paulownia apresenta valores idênticos aos de outras espécies de biomassa, como o Pinho, mas o seu teor reduzido de poluentes torna-a num alvo de estudo de interesse. Após o corte dos troncos de Paulownia em pedaços mais pequenos, procedeu-se à secagem numa estufa solar e noutra elétrica, seguindo-se o destroçamento e, por fim, a peletização. Foram efetuadas análises às amostras, no sentido de determinar o teor de humidade. Os péletes produzidos apresentaram um valor médio de teor de humidade de 6,3% na base húmida. Foram realizados ensaios de qualidade aos péletes para permitir uma comparação com os péletes de Pinho. Procedeu-se, então, à combustão dos péletes de Paulownia e de Pinho com os parâmetros de operação indicados pelo fabricante da caldeira, em três cargas térmicas diferentes: mínima, média e máxima. Foram obtidos os dados que permitiram calcular a rendimento térmico e, simultaneamente, foram monitorizadas as emissões de poluentes em cada uma das cargas. Verificou-se que o caudal mássico tem grande influência no rendimento da caldeira, sendo este superior na Paulownia; no entanto, nenhuma das espécies cumpre o requisito mínimo exigido pela norma de referência. Relativamente às emissões de CO, tanto os péletes de Paulownia como os Pinho apresentaram uma tendência decrescente entre a carga mínima e a máxima, embora menos acentuada na máxima no que diz respeito aos de Paulownia. As emissões de NOx de Paulownia foram bastante superiores às de Pinho, mostrando serem mais dependentes do teor de azoto da amostra e não tanto das condições de operação da caldeira. No sentido de melhorar o valor do rendimento térmico, refizeram-se ensaios com valores inferiores de excesso de ar e, posteriormente, isolou-se, termicamente, a caldeira. Verificouse um aumento muito significativo do rendimento em todas as cargas, neste caso, respeitando a norma. O efeito isolado da redução do excesso de ar mostrou provocar um aumento acentuado do valor de rendimento, acompanhado por uma redução de emissões de CO; no entanto, após a aplicação do isolamento obteve-se um ligeiro aumento do rendimento mas à custa de emissões elevadas de CO.
- Enhancing Visual Perception in Immersive VR and AR Environments: AI-Driven Color and Clarity Adjustments Under Dynamic Lighting ConditionsPublication . Abbasi, Maryam; Silva, José; Martins, Pedro; ANTUNES VAZ, PAULO JOAQUIM; Silva, JoséThe visual fidelity of virtual reality (VR) and augmented reality (AR) environments is essential for user immersion and comfort. Dynamic lighting often leads to chromatic distortions and reduced clarity, causing discomfort and disrupting user experience. This paper introduces an AI-driven chromatic adjustment system based on a modified U-Net architecture, optimized for real-time applications in VR/AR. This system adapts to dynamic lighting conditions, addressing the shortcomings of traditional methods like histogram equalization and gamma correction, which struggle with rapid lighting changes and real-time user interactions. We compared our approach with state-of-the-art color constancy algorithms, including Barron’s Convolutional Color Constancy and STAR, demonstrating superior performance. Experimental results from 60 participants show significant improvements, with up to 41% better color accuracy and 39% enhanced clarity under dynamic lighting conditions. The study also included eye-tracking data, which confirmed increased user engagement with AI-enhanced images. Our system provides a practical solution for developers aiming to improve image quality, reduce visual discomfort, and enhance overall user satisfaction in immersive environments. Future work will focus on extending the model’s capability to handle more complex lighting scenarios.
- Head-to-Head Evaluation of FDM and SLA in Additive Manufacturing: Performance, Cost, and Environmental PerspectivesPublication . Abbasi, Maryam; ANTUNES VAZ, PAULO JOAQUIM; Martins, Pedro; Silva, JoséThis paper conducts a comprehensive experimental comparison of two widely used additive manufacturing (AM) processes, Fused Deposition Modeling (FDM) and Stereolithography (SLA), under standardized conditions using the same test geometries and protocols. FDM parts were printed with both Polylactic Acid (PLA) and Acryloni trile Butadiene Styrene (ABS) filaments, while SLA used a general-purpose photopolymer resin. Quantitative evaluations included surface roughness, dimensional accuracy, ten sile properties, production cost, and energy consumption. Additionally, environmental considerations and process reliability were assessed by examining waste streams, recy clability, and failure rates. The results indicate that SLA achieves superior surface quality (Ra ≈ 2 µm vs. 12–13 µm) and dimensional tolerances (±0.05 mm vs. ±0.15–0.20 mm), along with higher tensile strength (up to 70 MPa). However, FDM provides notable ad vantages in cost (approximately 60% lower on a per-part basis), production speed, and energy efficiency. Moreover, from an environmental perspective, FDM is more favorable when using biodegradable PLA or recyclable ABS, whereas SLA resin waste is hazardous. Overall, the study highlights that no single process is universally superior. FDM offers a rapid, cost-effective solution for prototyping, while SLA excels in precision and surface finish. By presenting a detailed, data-driven comparison, this work guides engineers, product designers, and researchers in choosing the most suitable AM technology for their specific needs.
- Machine Learning Approaches for Predicting Maize Biomass Yield: Leveraging Feature Engineering and Comprehensive Data IntegrationPublication . Abbasi, Maryam; Vaz, Paulo; Silva, José; Martins, Pedro; Silva, José; ANTUNES VAZ, PAULO JOAQUIMThe efficient prediction of corn biomass yield is critical for optimizing crop production and addressing global challenges in sustainable agriculture and renewable energy. This study employs advanced machine learning techniques, including Gradient Boosting Machines (GBMs), Random Forests (RFs), Support Vector Machines (SVMs), and Artificial Neural Networks (ANNs), integrated with comprehensive environmental, soil, and crop management data from key agricultural regions in the United States. A novel framework combines feature engineering, such as the creation of a Soil Fertility Index (SFI) and Growing Degree Days (GDDs), and the incorporation of interaction terms to address complex non-linear relationships between input variables and biomass yield. We conduct extensive sensitivity analysis and employ SHAP (SHapley Additive exPlanations) values to enhance model interpretability, identifying SFI, GDDs, and cumulative rainfall as the most influential features driving yield outcomes. Our findings highlight significant synergies among these variables, emphasizing their critical role in rural environmental governance and precision agriculture. Furthermore, an ensemble approach combining GBMs, RFs, and ANNs outperformed individual models, achieving an RMSE of 0.80 t/ha and R2 of 0.89. These results underscore the potential of hybrid modeling for real-world applications in sustainable farming practices. Addressing the concerns of passive farmer participation, we propose targeted incentives, education, and institutional support mechanisms to enhance stakeholder collaboration in rural environmental governance. While the models assume rational decision-making, the inclusion of cultural and political factors warrants further investigation to improve the robustness of the framework. Additionally, a map of the study region and improved visualizations of feature importance enhance the clarity and relevance of our findings. This research contributes to the growing body of knowledge on predictive modeling in agriculture, combining theoretical rigor with practical insights to support policymakers and stakeholders in optimizing resource use and addressing environ mental challenges. By improving the interpretability and applicability of machine learning models, this study provides actionable strategies for enhancing crop yield predictions and advancing rural environmental governance.
- Metodologia SMED: estudo do trabalho e redução dos tempos de SetupPublication . Ferreira, Vítor Varela; Paiva, Luís Manuel Gonçalves deO presente Trabalho de Estágio constitui-se como parte integrante da estrutura curricular do Mestrado em Engenharia Mecânica e Gestão Industrial, e assume-se como um projeto dirigido ao desenvolvimento e melhoria operacional do processo produtivo na empresa Purever Industrial Solutions S.A. Acentuando-se os níveis de competitividade em contexto mundial, é hoje reconhecida a necessidade de as empresas se apresentarem extremamente disponíveis, no sentido de poderem dar rápidas respostas às solicitações do mercado, no cumprimento das especificidades e exigências dos múltiplos clientes. Neste âmbito, considerou-se como fundamental e de maior importância, definir como objetivo a aplicação da Metodologia SMED (Single Minute Exchange of Die), uma ferramenta do Lean Manufacturing, no intuito de se procurarem reduzir os tempos de setup das linhas de produção da empresa, tornando os processos operativos mais rápidos e flexíveis, com uma acentuada repercussão no nível de stocks intermédios. Acresce referir, que de uma forma subjacente, se fez a aplicação da Metodologia 5’S e Gestão Visual, que ao constituírem um precioso auxiliar na organização e sistematização dos processos, constituíram um fator facilitador e indispensável à aplicação do SMED. Finalmente, de realçar a projeção e o estudo da eficiência de dois equipamentos principais do processo produtivo da empresa - Máquinas de Ângulos, utilizando o indicador OEE (Overall Equipment Effectiveness), parte integrante da Metodologia TPM (Total Productive Maintenance), no sentido de permitir calcular os parâmetros de qualidade, cadência e desempenho, configurando a obtenção de valores indispensáveis a uma desejável análise e comparação com processos operativos industriais, possíveis de tomar como referência.
- Otimização de um sistema automático de deteção visual de defeitosPublication . Marques, Vítor Manuel Sampaio; Rodrigues, António Mário da SilvaDesde o início da industrialização em Portugal que a produção automóvel assumiu uma grande importância no seu desenvolvimento económico. Desde então e até hoje, apesar da crise, este setor continua a ser marcante no PIB português e, consequentemente, a ter uma elevada importância estratégica para o país. Sendo este um setor bastante exigente, a qualidade na produção automóvel não pode ser minimizada, levando produtores e fornecedores a elevados investimentos nesta área. A constante evolução da tecnologia automóvel é visível na velocidade do aparecimento de novos modelos, com motores mais eficientes, materiais com desempenhos superiores e soluções mais inovadoras. A concorrência no setor e a exigência do cliente final assim o exigem. O investimento na área da qualidade é também crucial por questões de segurança, pois uma falha pode significar enormes custos (como os “Recalls” de viaturas) e, em casos extremos, acidentes rodoviários com graves consequências. O objetivo deste projeto é, como o título indica, a otimização de um sistema automático de defeitos, a realizar na empresa Borgstena Textile Portugal, situada em Nelas, no distrito de Viseu. Com esta otimização do sistema que já se encontra instalado, a empresa deverá obter uma melhoria significativa no sistema de qualidade e produção, assim como uma diminuição de tempos e custos. A realização do projeto numa empresa que envolvesse as duas áreas mencionadas era um objetivo pessoal, quer pelo gosto do setor automóvel, quer pela importância da qualidade em qualquer empresa. A possibilidade de criar, através do desenvolvimento deste projeto, uma parceria entre a empresa Borgstena e o Instituto Superior Politécnico de Viseu é também uma mais-valia para as instituições envolvidas.
- Projecto de simulação na indústria de serviçosPublication . Oliveira, Filipe Alexandre Martins de; Gaspar, Daniel Augusto Estácio Marques MendesA crise, a dificuldade das democracias europeias em fazer face aos desafios causados pela mesma e a concorrência dos países emergentes criam um clima de forte competitividade entre as empresas conducentes a uma margem estreita por onde orientar os seus negócios. A utilização de metodologias que auxiliem a eliminar incerteza nos processos de decisão empresarial são de enorme importância actualmente. O advento da Modelação e Simulação proporciona-se como uma ferramenta de suporte inovadora e útil na melhoria da gestão dos processos e negócios. Neste trabalho, apresenta-se uma breve introdução teórica aos conceitos da Modelação e Simulação, uma descrição do funcionamento do programa Anylogic e um exemplo de aplicação. Foi analisado o caso da empresa de serviços de assistência e desenvolveu-se um modelo conceptual que emule o seu processo. De seguida criou-se um modelo de programação baseado na filosofia Agent Based Modeling e implementou-se o mesmo no software específico de simulação Anylogic. Por último verificou-se e validou-se o modelo, fez-se análise de dados e a optimização de parâmetros importantes para o a eficiência do negócio.
- Real-Time Gesture-Based Hand Landmark Detection for Optimized Mobile Photo Capture and SynchronizationPublication . Marques, Pedro; ANTUNES VAZ, PAULO JOAQUIM; Silva, José; Martins, Pedro; Abbasi, MaryamGesture recognition technology has emerged as a transformative solution for natural and intuitive human–computer interaction (HCI), offering touch-free operation across diverse fields such as healthcare, gaming, and smart home systems. In mobile contexts, where hygiene, convenience, and the ability to operate under resource constraints are critical, hand gesture recognition provides a compelling alternative to traditional touch based interfaces. However, implementing effective gesture recognition in real-world mobile settings involves challenges such as limited computational power, varying environmen tal conditions, and the requirement for robust offline–online data management. In this study, we introduce ThumbsUp, which is a gesture-driven system, and employ a partially systematic literature review approach (inspired by core PRISMA guidelines) to identify the key research gaps in mobile gesture recognition. By incorporating insights from deep learning–based methods (e.g., CNNs and Transformers) while focusing on low resource consumption, we leverage Google’s MediaPipe in our framework for real-time detection of 21 hand landmarks and adaptive lighting pre-processing, enabling accurate recogni tion of a “thumbs-up” gesture. The system features a secure queue-based offline–cloud synchronization model, which ensures that the captured images and metadata (encrypted with AES-GCM) remain consistent and accessible even with intermittent connectivity. Ex perimental results under dynamic lighting, distance variations, and partially cluttered environments confirm the system’s superior low-light performance and decreased resource consumption compared to baseline camera applications. Additionally, we highlight the feasibility of extending ThumbsUp to incorporate AI-driven enhancements for abrupt lighting changes and, in the future, electromyographic (EMG) signals for users with mo tor impairments. Our comprehensive evaluation demonstrates that ThumbsUp maintains robust performance on typical mobile hardware, showing resilience to unstable network conditions and minimal reliance on high-end GPUs. These findings offer new perspectives for deploying gesture-based interfaces in the broader IoT ecosystem, thus paving the way toward secure, efficient, and inclusive mobile HCI solutions.