Desenvolvimento de técnicas de otimização da programação das limpezas de redes de trocadores de calor

Trocadores de calor são equipamentos muito utilizados na indústria de processos com o objetivo de modificar a temperatura e/ou o estado físico de correntes materiais. Uma rede de trocadores de calor pode ser definida como um grupo de trocadores de calor interligados, a fim de reduzir as necessidades de energia de um sistema. No entanto, durante a operação de uma rede, a eficiência térmica dos trocadores de calor diminui devido à deposição. Esse efeito promove o aumento dos custos de combustível e das emissões de carbono. Uma alternativa para mitigar este problema baseia-se no estabelecimento de uma programação das limpezas dos trocadores de calor durante a operação de rede. Este tipo de abordagem ocasiona uma situação na qual ocorre um conflito de escolha: a limpeza de um trocador de calor pode recuperar a sua eficiência térmica, mas implica custos adicionais, tais como, mão-de-obra, produtos químicos, etc. Além disso, durante a limpeza, o trocador de calor tem de ser contornado por uma corrente de by-pass, o que aumenta temporariamente o consumo de energia. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo explorar diferentes técnicas de otimização envolvendo métodos estocásticos e heurísticos. Com este objetivo foi desenvolvido um conjunto de códigos computacionais integrados que envolvem a simulação pseudo-estacionária do comportamento da rede relacionado com incrustações e a otimização da programação das limpezas deste tipo de sistema. A solução do problema indica os períodos de tempo para a limpeza de cada trocador de calor. Na abordagem estocástica empregada, os parâmetros do algoritmo genético, como probabilidade de crossover e probabilidade de mutação, foram calibrados para o presente problema. A abordagem heurística desenvolvida se deu através da sequência do conjunto de movimentos zero, um e dois. De forma alternativa, desenvolveu-se a metodologia heurística recursiva na qual os conjuntos de movimentos um e dois foram empregados recursivamente. Também foi desenvolvida a abordagem híbrida que consistiu em diferentes combinações da metodologia estocástica e heurística. A análise comparativa entre as metodologias empregadas teve como objetivo avaliar a abordagem mais adequada para o presente problema da programação das limpezas em termos de função objetivo e esforço computacional. O desempenho da abordagem proposta foi explorado através de uma série de exemplos, incluindo uma refinaria real brasileira. Os resultados foram promissores, indicando que as técnicas de otimização analisadas neste trabalho podem ser abordagens interessantes para operações que envolvam redes de trocadores de calor. Dentre as abordagens de otimização analisadas, a metodologia heurística desenvolvida no presente trabalho apresentou os melhores resultados se mostrando competitiva frente às abordagens comparadas da literatura

Uma abordagem matricial para modelagem e simulação de redes de trocadores de calor com aplicações para o gerenciamento da deposição

Uma rede de trocadores de calor pode ser definida como um grupo de trocadores de calor interligados com o objetivo de reduzir a necessidade de energia de um sistema, sendo largamente usada nas indústrias de processos. Entretanto, uma rede está sujeita à deposição, a qual causa um decréscimo na efetividade térmica dos trocadores. Este fenômeno é provocado pelo acúmulo de materiais indesejáveis sobre a superfície de troca térmica. Para compensar a redução de efetividade térmica causada pela deposição, torna-se necessário um aumento no consumo de utilidades. Isto eleva os custos de operação, assim como os custos de manutenção. Estima-se que os custos associados à deposição atinjam bilhões de dólares anualmente. Em face a este problema, vários trabalhos de pesquisa têm investigado métodos para prevenir a deposição e/ou gerenciar as operações em uma rede. Estudos envolvem desde a otimização de trocadores de calor individuais, simulação e monitoramento de redes, até a otimização da programação das paradas para limpeza de trocadores de calor em uma rede. O presente trabalho apresenta a proposição de um modelo para simulação de redes de trocadores de calor com aplicações no gerenciamento da deposição. Como conseqüência, foi desenvolvido um conjunto de códigos computacionais integrados, envolvendo a simulação estacionária de redes, a simulação pseudo-estacionária do comportamento de redes em relação à evolução da deposição, a estimação de parâmetros para diagnóstico do problema da deposição e a otimização operacional deste tipo de sistema. Com relação ao simulador estacionário, o modelo da rede foi formulado matricialmente e os balanços de massa e energia são resolvidos como sistemas de equações lineares. Do ponto de vista da otimização, o procedimento proposto redistribui as vazões, visando um melhor aproveitamento térmico dos trocadores da rede, como, por exemplo, buscando as vazões da rede que maximizem a temperatura da corrente de entrada no forno em unidades de destilação atmosférica de óleo cru. Os algoritmos foram implementados em alguns exemplos da literatura e em um problema de uma refinaria real. Os resultados foram promissores, o que sugere que a proposta deste trabalho pode vir a ser uma abordagem interessante para operações envolvendo redes de trocadores de calor

Otimização da programação das limpezas em redes de trocadores de calor utilizando técnicas de programação matemática

Redes de trocadores de calor são bastante utilizadas na indústria química para promover a integração energética do processo, recuperando calor de correntes quentes para aquecer correntes frias. Estas redes estão sujeitas à deposição, o que causa um aumento na resistência à transferência de calor, prejudicando-a. Uma das principais formas de diminuir o prejuízo causado por este fenômeno é a realização periódica de limpezas nos trocadores de calor. O presente trabalho tem como objetivo desenvolver um novo método para encontrar a programação ótima das limpezas em uma rede de trocadores de calor. O método desenvolvido utiliza o conceito de horizonte deslizante associado a um problema de programação linear inteira mista (MILP). Este problema MILP é capaz de definir o conjunto ótimo de trocadores de calor a serem limpos em um determinado instante de tempo (primeiro instante do horizonte deslizante), levando em conta sua influência nos instantes futuros (restante do horizonte deslizante). O problema MILP utiliza restrições referentes aos balanços de energia, equações de trocadores de calor e número máximo de limpezas simultâneas, com o objetivo de minimizar o consumo de energia da planta. A programação ótima das limpezas é composta pela combinação dos resultados obtidos em cada um dos instantes de tempo.O desempenho desta abordagem foi analisado através de sua aplicação em diversos exemplos típicos apresentados na literatura, inclusive um exemplo de grande porte de uma refinaria brasileira. Os resultados mostraram que a abordagem aplicada foi capaz de prover ganhos semelhantes e, algumas vezes, superiores aos da literatura, indicando que o método desenvolvido é capaz de fornecer bons resultados com um baixo esforço computacional

Investigation on sanitational aspects (microbiological) of prawn processing factories

Absence of regular cleaning has been found to result in heavy bacterial loads on the surfaces of utensils and other equipment used in prawn processing factories and peeling centers. Instance of high faecal contamination is also sometimes met with. Detailed investigations have shown that a cleaning schedule comprising of treatment of these surface with a detergent followed by application of an effective disinfectant like sodium hypochlorite would prevent such bacterial build up.

Analyzing the Effect of Soiling on the Performance of a Photovoltaic System of Different Module Technologies in Kalkbult, South Africa

The fact that most of the large scale solar PV plants are built in arid and semi-arid areas where land availability and solar radiation is high, it is expected the performance of the PV plants in such locations will be affected significantly due to high cell temperature as well as due to soiling. Therefore, it is essential to study how the different PV module technologies will perform in such geographical locations to ensure a consistent and reliable power delivery over the lifetime of the PV power plants. As soiling is strongly dependent on the climatic conditions of a particular location a test station, consisted of about 24 PV modules and a well-equipped weather station, was built within the fences of Scatec’s 75 MW Kalkbult solar PV plant in South Africa. This study was performed to a better understand the effect of soiling by comparing the relative power generation by the cleaned modules to the un-cleaned modules. Such knowledge can enable more quantitative evaluations of the cleaning strategies that are going to be implemented in bigger solar PV power plants. The data collected and recorded from the test station has been analyzed at IFE, Norway using a MatLab script written for this thesis project. This thesis work has been done at IFE, Norway in collaboration with Stellenbosch University in South Africa and Scatec Solar a Norwegian independent power producer company. Generally for the polycrystalline modules it is found that the average temperature corrected efficiency during the period of the experiment has been 15.00±0.08 % and for the thin film-CdTe with ARC is 11.52% and for the thin film without ARC is about 11.13% with standard uncertainty of ±0.01 %. Besides, by comparing the initial relative average efficiency of the polycrystalline-Si modules when all the modules have been cleaned for the first time and the final relative efficiency; after the last cleaning schedule which is when all the reference modules E, F, G, and H have been cleaned for the last time it is found that poly3 performs 2 % and 3 % better than poly1 and poly16 respectively, poly13 performs 1 % better than poly15 as well as poly5 and poly12 performs 1 % and 2 % better than poly10 respectively. Besides, poly5 and poly12 performs a 9 % and 11 % better than poly7. Furthermore, there is no change in performance between poly6 and poly9 as well as poly4 and poly15. However, the increase in performance of poly3 to poly1, poly13 to poly15 as well as poly5 and poly12 to poly10 is insignificant. In addition, it is found that TF22 perform 7% better than the reference un-cleaned module TF24 and similarly; TF21 performs 7% higher than TF23. Furthermore, modules with ARC glass (TF17, TF18, TF19, and TF20) shows that cleaning the modules with only distilled water (TF19) or dry-cleaned after cleaned with distilled water(TF20) decreases the performance of the modules by 5 % and 4 % comparing to its respective reference uncleanedmodules TF17 and TF18 respectively.

Report : effect of natural cleaning on salt deposition on Queensland bridges

Maintenance of bridge structures is a major issue for the Queensland Department of Main Roads. In the previous phase of this CRC project an initial approach was made towards the development of a program for lifetime prediction of metallic bridge components. This involved the analysis of five representative bridge structures with respect to salt deposition (a major contributor to metallic corrosion) to determine common elements to be used as “cases” - those defined for buildings are not applicable. The five bridges analysed included the Gladstone Port Access Road Overpass, Stewart Road Overpass, South Johnstone River Bridge, Johnson Creek Bridge and the Ward River Bridge.

Train schedule coordination at an interchange station through Agent negotiation

In open railway markets, coordinating train schedules at an interchange station requires negotiation between two independent train operating companies to resolve their operational conflicts. This paper models the stakeholders as software agents and proposes an agent negotiation model to study their interaction. Three negotiation strategies have been devised to represent the possible objectives of the stakeholders, and they determine the behavior in proposing offers to the proponent. Empirical simulation results confirm that the use of the proposed negotiation strategies lead to outcomes that are consistent with the objectives of the stakeholders.

The impact of location on contribution schedule lot entitlements

Should the owner of a penthouse unit pay more in body corporate levies than the ground floor unit owner? A decision of the Queensland Court of Appeal (McPherson JA, Chesterman and Atkinson JJ) will be of great interest to those seeking to challenge contribution schedule lot entitlements imposed under the Body Corporate and Community Management Act 1997 (Qld) (‘the Act’). The decision is Fischer v Body Corporate for Centrepoint Community Title Scheme 7779 [2004] QCA 214.

Charting the system : the integrated master schedule as a multi-level and poly-temporal boundary object in complex projects

This paper investigates the use of visual artifacts to represent a complex adaptive system (CAS). The integrated master schedule (IMS) is one of those visuals widely used in complex projects for scheduling, budgeting, and project management. In this paper, we discuss how the IMS outperforms the traditional timelines and acts as a ‘multi-level and poly-temporal boundary object’ that visually represents the CAS. We report the findings of a case study project on the way the IMS mapped interactions, interdependencies, constraints and fractal patterns in a complex project. Finally, we discuss how the IMS was utilised as a complex boundary object by eliciting commitment and development of shared mental models, and facilitating negotiation through the layers of multiple interpretations from stakeholders.

Genetic algorithms to schedule container transfers at multimodal terminals

Optimising the container transfer schedule at the multimodal terminals is known to be NP-hard, which implies that the best solution becomes computationally infeasible as problem sizes increase. Genetic Algorithm (GA) techniques are used to reduce container handling/transfer times and ships' time at the port by speeding up handling operations. The GA is chosen due to the relatively good results that have been reported even with the simplest GA implementations to obtain near-optimal solutions in reasonable time. Also discussed, is the application of the model to assess the consequences of increased scheduled throughput time as well as different strategies such as the alternative plant layouts, storage policies and number of yard machines. A real data set used for the solution and subsequent sensitivity analysis is applied to the alternative plant layouts, storage policies and number of yard machines.

Temporal boundary objects in megaprojects : mapping the system with the integrated master schedule

Recently, a stream of project management research has recognized the critical role of boundary objects in the organization of projects. In this paper, we investigate how one advanced scheduling tool, the Integrated Master Schedule (IMS), is used as a temporal boundary object at various stages of complex projects. The IMS is critical to megaprojects which typically span long periods of time and face a high degree of complexity and uncertainty. In this paper, we conceptualize projects of this type as complex adaptive systems (CAS). We report the findings of four case projects on how the IMS mapped interactions, interdependencies, constraints, and fractal patterns of these emerging projects, and how the process of IMS visualization enabled communication and negotiation of project realities. This paper highlights that this advanced timeline tool acts as a boundary object and elicits shared understanding of complex projects from their stakeholders.

Using photography in ‘The Restaurant of the Future’. A useful way to assess portion selection and plate cleaning?

Laboratory-based studies of human dietary behaviour benefit from highly controlled conditions; however, this approach can lack ecological validity. Identifying a reliable method to capture and quantify natural dietary behaviours represents an important challenge for researchers. In this study, we scrutinised cafeteria-style meals in the ‘Restaurant of the Future.’ Self-selected meals were weighed and photographed, both before and after consumption. Using standard portions of the same foods, these images were independently coded to produce accurate and reliable estimates of (i) initial self-served portions, and (ii) food remaining at the end of the meal. Plate cleaning was extremely common; in 86% of meals at least 90% of self-selected calories were consumed. Males ate a greater proportion of their self-selected meals than did females. Finally, when participants visited the restaurant more than once, the correspondence between selected portions was better predicted by the weight of the meal than by its energy content. These findings illustrate the potential benefits of meal photography in this context. However, they also highlight significant limitations, in particular, the need to exclude large amounts of data when one food obscures another.

Using patterns co-occurrence matrix for cleaning closed sequential patterns for text mining

With the overwhelming increase in the amount of texts on the web, it is almost impossible for people to keep abreast of up-to-date information. Text mining is a process by which interesting information is derived from text through the discovery of patterns and trends. Text mining algorithms are used to guarantee the quality of extracted knowledge. However, the extracted patterns using text or data mining algorithms or methods leads to noisy patterns and inconsistency. Thus, different challenges arise, such as the question of how to understand these patterns, whether the model that has been used is suitable, and if all the patterns that have been extracted are relevant. Furthermore, the research raises the question of how to give a correct weight to the extracted knowledge. To address these issues, this paper presents a text post-processing method, which uses a pattern co-occurrence matrix to find the relation between extracted patterns in order to reduce noisy patterns. The main objective of this paper is not only reducing the number of closed sequential patterns, but also improving the performance of pattern mining as well. The experimental results on Reuters Corpus Volume 1 data collection and TREC filtering topics show that the proposed method is promising.