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

Associação entre bebidas adoçadas e consumo calórico em refeições na população brasileira.

Nas últimas décadas, tem sido observado o aumento da oferta de bebidas com elevado conteúdo calórico e com grandes quantidades de açúcar de rápida absorção. Essas bebidas adoçadas, cujo consumo tem aumentado no Brasil assim como em outras partes do mundo, são consideradas fatores de risco para obesidade e diabetes. O consumo de bebidas adoçadas pode levar ao balanço energético positivo e consequentemente ao ganho de peso. Essa associação pode ser explicada pelo mecanismo regulatório de compensação de calorias líquidas. Compensação calórica ocorre quando há redução no consumo de calorias provenientes de alimentos sólidos para compensar as calorias líquidas adicionadas à refeição ou dieta. No entanto, não há consenso em relação a evidências da compensação calórica, dificultando a elaboração de recomendações sobre essas bebidas em saúde pública. Razões para a falta de consenso incluem a diversidade de desenhos de estudos, experimentos realizados em ambientes controlados e não reais em relação ao consumo de alimentos e bebidas, e estudos com amostras pequenas ou de conveniência. Esta dissertação estudou a associação entre bebidas adoçadas e consumo calórico, verificando se calorias de bebidas adoçadas são compensadas em refeições realizadas em um ambiente pragmático. Os dados de consumo calórico de 34.003 indivíduos, com idade igual ou superior a dez anos, foram obtidos pelo Inquérito Nacional de Alimentação 2008-2009, em todo território nacional. Os participantes completaram dois registros alimentares, em dias não consecutivos da mesma semana. Foram selecionadas as refeições dos períodos café da manhã, almoço e jantar de cada indivíduo em cada um dos dias. Para cada refeição, foi calculado o valor calórico de alimentos e de bebidas adoçadas consumidos. Para testar a compensação calórica, um modelo de regressão linear multinível com efeitos mistos foi ajustado para analisar cada período. A variável reposta utilizada foi consumo calórico proveniente de alimentos e a variável explicativa foi consumo calórico de bebida adoçada na refeição. Os efeitos intra-indivíduo da bebida adoçada no consumo calórico foram estimados e interpretados. Esses efeitos são considerados não-enviesados pois são controlados pelas características constantes dos indivíduos, tendo assim o indivíduo atuando como seu próprio controle na análise. Covariadas incluídas no modelo foram variáveis da refeição: local, dia da semana, horário, consumo calórico na refeição anterior e intervalo de tempo desde a última refeição; e do indivíduo: sexo, faixa etária, categoria de Índice de Massa Corpórea e quartos de renda per capita. Efeitos aleatórios dos indivíduos e dos domicílios foram incluídos no modelo para melhor estimar a estrutura de erros de dados correlacionados. A compensação calórica foi de 42% para o café da manhã, não houve compensação no almoço e para o jantar, compensação variou de 0 a 22%, tendo interação com quartos de renda per capita. A conclusão desta dissertação é que as bebidas adoçadas não são completamente compensadas em refeições realizadas em ambiente pragmático. Assim, a redução do consumo de bebidas adoçadas em refeições pode ajudar a diminuir o consumo calórico excessivo e levar a um melhor controle do peso em indivíduos.

Metaheurística para o Problema de Planejamento de Redes de Transmissão de Energia Elétrica com Redimensionamento

Com o passar do tempo, a demanda elétrica de diversas áreas varia tornando necessária a construção de novos geradores elétricos e a expansão da rede de transmissão de energia elétrica. Nesta dissertação, focamos no problema de expansão da rede de transmissão, assumindo que novos geradores estão construídos para suprir as novas demandas. Essa expansão exige altos investimentos que precisam ser cuidadosamente planejados. O problema pode ser modelado como um problema de otimização não linear inteira mista e pertence à classe dos problemas NP-difíceis. Desta forma, uma abordagem heurística pode ser adequada para a sua solução pois pode vir a fornecer boas soluções em tempo computacional aceitável. Esta dissertação se propõe a apresentar um estudo do problema de planejamento da expansão de redes de transmissão de energia elétrica estático e multiestágio. Mostramos o que já existe na literatura para o que é chamado de problema sem redimensionamento e as inovações feitas por nós para o problema com redimensionamento. Quanto aos métodos de solução, utilizamos a metaheurística GRASP para o problema estático e combinamos o GRASP com o procedimento Backward-Forward quando falamos em problema multiestágio. Nesta dissertação comparamos os resultados computacionais obtidos com resultados encontrados na literatura.

Análise dinâmica não-linear de pisos mistos (aço-concreto) submetidos a ações humanas rítmicas.

Atualmente, o crescimento dos problemas de vibrações excessivas sobre pisos mistos (aço-concreto) tem conduzido à necessidade de desenvolvimento de critérios específicos para projetos estruturais submetidos à ação de atividades humanas rítmicas. Com base no desenvolvimento desta dissertação de mestrado, objetiva-se, principalmente, verificar a influência das ligações estruturais (ligações viga-viga), sobre a resposta dinâmica não-linear de pisos mistos (aço-concreto) de edificações, quando submetidos a cargas dinâmicas humanas rítmicas. Deste modo, o carregamento dinâmico empregado para a simulação das atividades humanas sobre o modelo estrutural investigado foi obtido através de testes experimentais com indivíduos praticando atividades rítmicas e não rítmicas. O modelo analisado nesta dissertação corresponde a um piso misto (aço-concreto) com uma área total de 1600m2 e consiste de um ambiente onde serão desenvolvidas atividades de ginástica aeróbica. O sistema estrutural é constituído por lajes de concreto armado apoiadas sobre vigas de aço, simulando o comportamento de um sistema estrutural misto (aço-concreto) com interação total. A metodologia de análise desenvolvida emprega técnicas usuais de discretização presentes no método dos elementos finitos, com base no emprego do programa ANSYS. A modelagem do sistema contempla ligações estruturais do tipo rígidas, semirrígidas e flexíveis. Os valores das acelerações de pico foram comparados com os limites recomendados por normas de projeto, baseando-se em critérios de conforto humano. As conclusões alcançadas ao longo deste trabalho de pesquisa revelam que as ligações estruturais do tipo viga-viga não apresentam influência significativa, no que diz respeito a resposta dinâmica não-linear da estrutura. Por outro lado, as acelerações de pico obtidas com base na análise dinâmica não-linear apresentam valores elevados indicando que o piso misto (aço-concreto) investigado apresenta problemas de vibração excessiva inerentes ao conforto humano.

Implementação paralela de um código de elementos finitos em 2D para as Equações de Navier-Stokes para fluidos incompressíveis com transporte de escalares.

O estudo do fluxo de água e do transporte escalar em reservatórios hidrelétricos é importante para a determinação da qualidade da água durante as fases iniciais do enchimento e durante a vida útil do reservatório. Neste contexto, um código de elementos finitos paralelo 2D foi implementado para resolver as equações de Navier-Stokes para fluido incompressível acopladas a transporte escalar, utilizando o modelo de programação de troca de mensagens, a fim de realizar simulações em um ambiente de cluster de computadores. A discretização espacial é baseada no elemento MINI, que satisfaz as condições de Babuska-Brezzi (BB), que permite uma formulação mista estável. Todas as estruturas de dados distribuídos necessárias nas diferentes fases do código, como pré-processamento, solução e pós-processamento, foram implementadas usando a biblioteca PETSc. Os sistemas lineares resultantes foram resolvidos usando o método da projeção discreto com fatoração LU por blocos. Para aumentar o desempenho paralelo na solução dos sistemas lineares, foi empregado o método de condensação estática para resolver a velocidade intermediária nos vértices e no centróide do elemento MINI separadamente. Os resultados de desempenho do método de condensação estática com a abordagem da solução do sistema completo foram comparados. Os testes mostraram que o método de condensação estática apresenta melhor desempenho para grandes problemas, às custas de maior uso de memória. O desempenho de outras partes do código também são apresentados.