Economic, environmental and mixed objective functions in non-linear process optimization using simulated annealing and tabu search

Screening of topologies developed by hierarchical heuristic procedures can be carried out by comparing their optimal performance. In this work we will be exploiting mono-objective process optimization using two algorithms, simulated annealing and tabu search, and four different objective functions: two of the net present value type, one of them including environmental costs and two of the global potential impact type. The hydrodealkylation of toluene to produce benzene was used as case study, considering five topologies with different complexities mainly obtained by including or not liquid recycling and heat integration. The performance of the algorithms together with the objective functions was observed, analyzed and discussed from various perspectives: average deviation of results for each algorithm, capacity for producing high purity product, screening of topologies, objective functions robustness in screening of topologies, trade-offs between economic and environmental type objective functions and variability of optimum solutions.

Factores de rentabilização do processo de serragem de granitos com engenhos multi-lâminas

Este trabalho visa apresentar um enquadramento da realidade económica e industrial do sector transformador de granitos ornamentais em Portugal e fazer uma análise do processo de serragem, com engenhos multi-lâminas e granalha de aço, na medida em que este é o método de seccionamento de blocos de granito mais utilizado pelas grandes indústrias do sector. Tendo em conta a importância económica desta operação produtiva na indústria em causa, foi definido como fito deste projecto a análise estatística dos custos de produção; a definição de fórmulas de cálculo que permitam prever o custo médio de serragem; e o estudo de soluções economicamente viáveis e ambientalmente sustentáveis para o problema das lamas resultantes do expurgo dos engenhos. Para a persecução deste projecto foi realizada uma recolha de dados implementando rotinas de controlo e registo dos mesmos, em quadros de produção normalizados e de fácil preenchimento, pelos operadores destes equipamentos. Esta recolha de dados permitiu isolar, quantificar e formular os factores de rentabilização do processo de serragem selecionando, dentro da amostra de estudo obtida, um conjunto de serragens com características similares e com valores próximos dos valores da média estatística. Apartir dos dados destas serragens foram geradas curvas de tendência polinomial com as quais se analisaram as variações provocadas no custo médio de serragem, pelas variações do factor em estudo. A formulação dos factores de rentabilização e os dados estatísticos obtidos permitiram depois o desenvolvimento de fórmulas de cálculo do custo médio de serragem que establecem o custo de produção diferenciado em função das espessuras com, ou sem, a incorporação dos factores de rentabilização. Como consequência do projecto realizado obteve-se um conjunto de conclusões util, para o sector industrial em causa, que evidencia a importancia da Ocupação dos engenhos e rentabilização de um espaço confinado, da Resistência oferecida à serragem pelos granitos, e da Diferença de altura entre os blocos de uma mesma carga, nos custos de transformação.

Resident's perceptions on impacts of hosting the “Guimarães 2012 European Capital of Culture

. Residents tend to have high expectations about the benefits of hosting a mega‐event. So, it was not surprising that the nomination of Guimarães, Portugal, as the 2012 European Capital of Culture (2012 ECOC) had raised great expectations in the local community towards its socio‐economic and cultural benefits. The present research was designed to examine the Guimarães residents’ perceptions on the impacts of hosting the 2012 ECOC approached in two different time schedules, the pre‐ and the post‐event, trying to capture the evolution of the residents` evaluation of its impacts. For getting the data, two surveys were applied to Guimarães` residents, one in the pre‐event phase, in 2011, and another in the post‐event phase, in 2013. This approach is uncommonly applied to Portugal data and it is even the first time it was done to a Portuguese European Capital of Culture. After a factor analysis, the results of t‐tests indicate that there were significant differences (p<0.05) between the samples from the pre‐ and post‐2012 ECOC on two positive impact factors (Community’ benefits and Residents’ benefits) and one negative impact factor (Economic, social and environmental costs). Respondents also showed a negative perception of the impacts in all dimensions, except Changes in habits of Guimarães residents. 

Distributed Belief Revision and Environmental Decision Support

This article discusses the development of an Intelligent Distributed Environmental Decision Support System, built upon the association of a Multi-agent Belief Revision System with a Geographical Information System (GIS). The inherent multidisciplinary features of the involved expertises in the field of environmental management, the need to define clear policies that allow the synthesis of divergent perspectives, its systematic application, and the reduction of the costs and time that result from this integration, are the main reasons that motivate the proposal of this project. This paper is organised in two parts: in the first part we present and discuss the developed - Distributed Belief Revision Test-bed - DiBeRT; in the second part we analyse its application to the environmental decision support domain, with special emphasis on the interface with a GIS.

Distributed Belief Revision and Environmental Decision Support

This article discusses the development of an Intelligent Distributed Environmental Decision Support System, built upon the association of a Multi-agent Belief Revision System with a Geographical Information System (GIS). The inherent multidisciplinary features of the involved expertises in the field of environmental management, the need to define clear policies that allow the synthesis of divergent perspectives, its systematic application, and the reduction of the costs and time that result from this integration, are the main reasons that motivate the proposal of this project. This paper is organised in two parts: in the first part we present and discuss the developed ; in the second part we analyse its application to the environmental decision support domain, with special emphasis on the interface with a GIS.

Intelligent Distributed Environmental Decision Support System

This article discusses the development of an Intelligent Distributed Environmental Decision Support System, built upon the association of a Multi-agent Belief Revision System with a Geographical Information System (GIS). The inherent multidisciplinary features of the involved expertises in the field of environmental management, the need to define clear policies that allow the synthesis of divergent perspectives, its systematic application, and the reduction of the costs and time that result from this integration, are the main reasons that motivate the proposal of this project. This paper is organised in two parts: in the first part we present and discuss the developed Distributed Belief Revision Test-bed — DiBeRT; in the second part we analyse its application to the environmental decision support domain, with special emphasis on the interface with a GIS.

Contextual and Environmental Awareness Laboratory for Energy Consumption Management

The recent changes on power systems paradigm requires the active participation of small and medium players in energy management. With an electricity price fluctuation these players must manage the consumption. Lowering costs and ensuring adequate user comfort levels. Demand response can improve the power system management and bring benefits for the small and medium players. The work presented in this paper, which is developed aiming the smart grid context, can also be used in the current power system paradigm. The proposed system is the combination of several fields of research, namely multi-agent systems and artificial neural networks. This system is physically implemented in our laboratories and it is used daily by researchers. The physical implementation gives the system an improvement in the proof of concept, distancing itself from the conventional systems. This paper presents a case study illustrating the simulation of real-time pricing in a laboratory.

Transmission costs allocation based on optimal re-dispatch

Congestion management of transmission power systems has achieve high relevance in competitive environments, which require an adequate approach both in technical and economic terms. This paper proposes a new methodology for congestion management and transmission tariff determination in deregulated electricity markets. The congestion management methodology is based on a reformulated optimal power flow, whose main goal is to obtain a feasible solution for the re-dispatch minimizing the changes in the transactions resulting from market operation. The proposed transmission tariffs consider the physical impact caused by each market agents in the transmission network. The final tariff considers existing system costs and also costs due to the initial congestion situation and losses. This paper includes a case study for the 118 bus IEEE test case.

Diagnóstico ambiental dos estabelecimentos de ensino orientado para a implementação de um sistema de gestão ambiental

As instituições de ensino procuram ser impulsionadoras de boas práticas ambientais demonstrando com isso o seu compromisso com o meio ambiente e com as gerações futuras. Os Sistemas de Gestão Ambiental (SGA), nomeadamente as exigências da ISO 14001:2004 podem ser uma oportunidade para as instituições gerirem correctamente todos os seus recursos, assim como eliminarem os riscos e custos desnecessários, ao mesmo tempo que reforçam os seus valores quanto à protecção do meio ambiente, prevenção da poluição, cumprimento legal e as necessidades socioeconómicas. Pretendeu-se com este estudo determinar quais os factores que condicionam a abordagem de uma política ambiental nos estabelecimentos de ensino, relacionando-as com as diferentes características das escolas com as suas abordagens ambientais, assim como determinar quais os factores que influenciam a postura ambiental das escolas. Os resultados foram recolhidos através de um inquérito por questionário, direccionado para os estabelecimentos de ensino pré-escolar, 1º, 2º, 3º ciclos e secundário da Área Metropolitana do Porto. Através da análise das respostas de 405 escolas, conclui-se que aqueles com melhores desempenhos ambientais e melhores condições para implementar um SGA são os estabelecimentos de ensino com a tipologia EB2,3/ES, públicos, pertencentes aos concelhos de Gondomar, Mais e Sto Tirso, localizados nas zonas urbanas e com edifícios escolares recentes em excelentes ou bons estados de conservação. De um modo geral todos os estabelecimentos de ensino demonstram um desempenho ambiental considerado bom e acima do considerado satisfatório para a implementação de um SGA.

Influence of environmental temperature and humidity on the acute ventilatory response to exercise in asthmatic adolescents

Asthma is a chronic inflammatory disorder of the respiratory airways affecting people of all ages, and constitutes a serious public health problem worldwide (6). Such a chronic inflammation is invariably associated with injury and repair of the bronchial epithelium known as remodelling (11). Inflammation, remodelling, and altered neural control of the airways are responsible for both recurrent exacerbations of asthma and increasingly permanent airflow obstruction (11, 29, 34). Excessive airway narrowing is caused by altered smooth muscle behaviour, in close interaction with swelling of the airway walls, parenchyma retractile forces, and enhanced intraluminal secretions (29, 38). All these functional and structural changes are associated with the characteristic symptoms of asthma – cough, chest tightness, and wheezing –and have a significant impact on patients’ daily lives, on their families and also on society (1, 24, 29). Recent epidemiological studies show an increase in the prevalence of asthma, mainly in industrial countries (12, 25, 37). The reasons for this increase may depend on host factors (e.g., genetic disposition) or on environmental factors like air pollution or contact with allergens (6, 22, 29). Physical exercise is probably the most common trigger for brief episodes of symptoms, and is assumed to induce airflow limitations in most asthmatic children and young adults (16, 24, 29, 33). Exercise-induced asthma (EIA) is defined as an intermittent narrowing of the airways, generally associated with respiratory symptoms (chest tightness, cough, wheezing and dyspnoea), occurring after 3 to 10 minutes of vigorous exercise with a maximal severity during 5 to 15 minutes after the end of the exercise (9, 14, 16, 24, 33). The definitive diagnosis of EIA is confirmed by the measurement of pre- and post-exercise expiratory flows documenting either a 15% fall in the forced expiratory volume in 1 second (FEV1), or a ≥15 to 20% fall in peak expiratory flow (PEF) (9, 24, 29). Some types of physical exercise have been associated with the occurrence of bronchial symptoms and asthma (5, 15, 17). For instance, demanding activities such as basketball or soccer could cause more severe attacks than less vigorous ones such as baseball or jogging (33). The mechanisms of exercise-induced airflow limitations seem to be related to changes in the respiratory mucosa induced by hyperventilation (9, 29). The heat loss from the airways during exercise, and possibly its post-exercise rewarming may contribute to the exercise-induced bronchoconstriction (EIB) (27). Additionally, the concomitant dehydration from the respiratory mucosa during exercise leads to an increased interstitial osmolarity, which may also contribute to bronchoconstriction (4, 36). So, the risk of EIB in asthmatically predisposed subjects seems to be higher with greater ventilation rates and the cooler and drier the inspired air is (23). The incidence of EIA in physically demanding coldweather sports like competitive figure skating and ice hockey has been found to occur in up to 30 to 35% of the participants (32). In contrast, swimming is often recommended to asthmatic individuals, because it improves the functionality of respiratory muscles and, moreover, it seems to have a concomitant beneficial effect on the prevalence of asthma exacerbations (14, 26), supporting the idea that the risk of EIB would be smaller in warm and humid environments. This topic, however, remains controversial since the chlorified water of swimming pools has been suspected as a potential trigger factor for some asthmatic patients (7, 8, 20, 21). In fact, the higher asthma incidence observed in industrialised countries has recently been linked to the exposition to chloride (7, 8, 30). Although clinical and epidemiological data suggest an influence of humidity and temperature of the inspired air on the bronchial response of asthmatic subjects during exercise, some of those studies did not accurately control the intensity of the exercise (2, 13), raising speculation of whether the experienced exercise overload was comparable for all subjects. Additionally, most of the studies did not include a control group (2, 10, 19, 39), which may lead to doubts about whether asthma per se has conditioned the observed results. Moreover, since the main targeted age group of these studies has been adults (10, 19, 39), any extrapolation to childhood/adolescence might be questionable regarding the different lung maturation. Considering the higher incidence of asthma in youngsters (30) and the fact that only the works of Amirav and coworkers (2, 3) have focused on this age group, a scarcity of scientific data can be identified. Additionally, since the main environmental trigger factors, i.e., temperature and humidity, were tested separately (10, 28, 39) it would be useful to analyse these two variables simultaneously because of their synergic effect on water and heat loss by the airways (31, 33). It also appears important to estimate the airway responsiveness to exercise within moderate environmental ranges of temperature and humidity, trying to avoid extreme temperatures and humidity conditions used by others (2, 3). So, the aim of this study was to analyse the influence of moderate changes in air temperature and humidity simultaneously on the acute ventilatory response to exercise in asthmatic children. To overcome the above referred to methodological limitations, we used a 15 minute progressive exercise trial on a cycle ergometer at 3 different workload intensities, and we collected data related to heart rate, respiratory quotient, minute ventilation and oxygen uptake in order to ensure that physiological exercise repercussions were the same in both environments. The tests were done in a “normal” climatic environment (in a gymnasium) and in a hot and humid environment (swimming pool); for the latter, direct chloride exposition was avoided.

Interlaboratory validation of an environmental monitoring method for trace analysis of endocrine disrupting compounds

Environmental pollution continues to be an emerging study field, as there are thousands of anthropogenic compounds mixed in the environment whose possible mechanisms of toxicity and physiological outcomes are of great concern. Developing methods to access and prioritize the screening of these compounds at trace levels in order to support regulatory efforts is, therefore, very important. A methodology based on solid phase extraction followed by derivatization and gas chromatography-mass spectrometry analysis was developed for the assessment of four endocrine disrupting compounds (EDCs) in water matrices: bisphenol A, estrone, 17b-estradiol and 17a-ethinylestradiol. The study was performed, simultaneously, by two different laboratories in order to evaluate the robustness of the method and to increase the quality control over its application in routine analysis. Validation was done according to the International Conference on Harmonisation recommendations and other international guidelines with specifications for the GC-MS methodology. Matrix-induced chromatographic response enhancement was avoided by using matrix-standard calibration solutions and heteroscedasticity has been overtaken by a weighted least squares linear regression model application. Consistent evaluation of key analytical parameters such as extraction efficiency, sensitivity, specificity, linearity, limits of detection and quantification, precision, accuracy and robustness was done in accordance with standards established for acceptance. Finally, the application of the optimized method in the assessment of the selected analytes in environmental samples suggested that it is an expedite methodology for routine analysis of EDC residues in water matrices.

Comparing the content of instruments assessing environmental factors using the International Classification of Functioning, Disability and Health

Purpose: To describe and compare the content of instruments that assess environmental factors using the International Classification of Functioning, Disability and Health (ICF). Methods: A systematic search of PubMed, CINAHL and PEDro databases was conducted using a pre-determined search strategy. The identified instruments were screened independently by two investigators, and meaningful concepts were linked to the most precise ICF category according to published linking rules. Results: Six instruments were included, containing 526 meaningful concepts. Instruments had between 20% and 98% of items linked to categories in Chapter 1. The highest percentage of items from one instrument linked to categories in Chapters 2–5 varied between 9% and 50%. The presence or absence of environmental factors in a specific context is assessed in 3 instruments, while the other 3 assess the intensity of the impact of environmental factors. Discussion: Instruments differ in their content, type of assessment, and have several items linked to the same ICF category. Most instruments primarily assess products and technology (Chapter 1), highlighting the need to deepen the discussion on the theory that supports the measurement of environmental factors. This discussion should be thorough and lead to the development of methodologies and new tools that capture the underlying concepts of the ICF.

Avaliação e substituição de produtos químicos no sector BOF da Swedwood Portugal

A crescente preocupação com aspectos ambientais tornou-se uma questão incontornável para as empresas. Assim, a legislação aplicável obriga a maior controlo de qualquer tipo de perigo que ponha em causa a saúde humana ou o ambiente. Deste modo, a Swedwood Portugal é obrigada a implementar algumas medidas de controlo dos produtos químicos. Assim, os objectivos deste estágio curricular fundamentamse em identificar, avaliar e substituir ou minimizar os impactos dos produtos químicos (PQ’s) que, de acordo com especificações REACH (Regulamento da Comissão Europeia, relativo a Registo, Avaliação, Autorização e restrição de substâncias Químicas) e da Swedwood Internacional não podem ser utilizados. Como tal, o trabalho descrito nesta dissertação foi dividido em várias etapas. A primeira etapa consistiu em identificar todos os PQ’s utilizados no sector Board On Frame (BOF) da Swedwood Portugal. Feito este inventário, foi então criada uma base de dados em formato Microsoft Office Access que permitiu compilar a informação mais relevante dos PQ’s, para uma consulta mais simples e expedita, substituindo a já existente e desactualizada base de dados de PQ’s em formato Microsoft Office Excel. No total foram inventariados 243 PQ’s. Contudo, não foi possível obter as Fichas de Segurança de todos e, por isso, apenas 185 foram registados na base de dados. Estes 185 PQ’s existentes no sector BOF da Swedwood Portugal, foram submetidos a uma avaliação das substâncias que os compõem de acordo com uma ferramenta informática criada pela Swedwood Internacional – Substitution Evaluation Key (SEK). Esta ferramenta usa três listas europeias de substâncias químicas que permitem a avaliação de produtos químicos indirectos: Substances of Very High Concern (SVHC) da Agência Europeia de Produtos Químicos (ECHA), Substitute It Now (SIN) da ChemSec (Organização sueca dedicada ao ambiente) e PRIO da Agência Sueca de Produtos Químicos (Kemi). As três listas incluem substâncias de carácter de tal forma perigoso que a sua utilização deve ser restringida ou até eliminada. Logo, os PQ’s indirectos que contenham substâncias presentes em, pelo menos, uma destas listas devem ser imediatamente substituídos por outros cuja avaliação seja positiva. Por outro lado, para produtos químicos directos, as restrições encontram-se numa especificação imposta pela IKEA, IOS-MAT-0066. Concluída a avaliação, foi então necessário encontrar alternativas viáveis aos PQ’s avaliados negativamente. Como tal, a primeira abordagem consistiu em contactar os fabricantes dos PQ’s a substituir de modo a que estes pudessem apresentar as suas próprias alternativas. Caso estes não apresentassem alternativas viáveis, então contactarse- iam novos fornecedores. Dos 185 PQ’s registados na base de dados e avaliados, 30 produtos químicos indirectos existentes nas fábricas não obedeciam aos critérios impostos pela SEK, estando os produtos químicos directos todos de acordo com as imposições da IOS-MAT-0066. Os 30 PQ’s indirectos do Sector BOF da Swedwood Portugal que incluem as substâncias químicas com carácter perigoso apresentam características Cancerígenas, Mutagénicas e tóxicas para a Reprodução (CMR), irritantes e/ou sensibilizantes e perigosas, a longo prazo, para o ambiente. Para estes PQ’s foram apresentadas alternativas viáveis no que concerne a impactos para a saúde ou para o ambiente e os respectivos custos associados (admitindo quantidades mínimas vendidas). Contudo, não foi possível em tempo útil testar estas alternativas no funcionamento da empresa de modo a avaliar a sua eficiência técnica.

Determinação dos impactes ambientais e análise do ciclo de vida da produção de biodiesel

O consumo de energia tem vindo a crescer de uma forma contínua e directamente proporcional ao aumento da população e da industrialização. A maior parte da energia consumida no Mundo é, ainda, proveniente dos combustíveis fósseis. Contudo, a diminuição da reserva e a poluição atmosférica produzida pela sua utilização, estimulam e aumentam a necessidade de fontes alternativas de energia. O biodiesel tem atraído considerável atenção como combustível renovável, biodegradável e não tóxico, e pode contribuir para a resolução do problema energético, reduzindo significativamente a emissão dos gases causadores do aquecimento global. A primeira etapa deste trabalho consistiu na simulação de diferentes alternativas de processos de produção de biodiesel. O método usado para a produção do biodiesel foi a transesterificação entre os óleos vegetais e um álcool, na presença de um catalisador. Entre as matérias-primas figuram os óleos de palma e os óleos alimentares usados que foram objecto de estudo nesta dissertação. Na segunda etapa realizou-se uma análise do ciclo de vida para todas as alternativas em estudo seguida de uma análise económica para as alternativas que apresentassem menores impactos e que fossem mais promissoras do ponto de vista económico. Por fim, procedeu-se à comparação das diferentes alternativas sob o ponto de vista da análise do ciclo de vida e sob o ponto de vista da análise económica. Comprovou-se a viabilidade de todos os processos e o biodiesel obtido apresentou boas especificações. Do ponto de vista da análise do ciclo de vida a melhor alternativa foi o processo de catálise alcalina com pré-tratamento ácido para óleos alimentares usados. O processo que usa como matérias-primas os óleos virgens, o metanol e o hidróxido de sódio apresenta, no entanto, menores custos de investimento. Contudo, o processo de catálise alcalina com pré-tratamento ácido cuja matéria-prima principal são os óleos usados é muito mais rentável e apresenta menores impactes ambientais.

Análise da eficiência energética num estabelecimento de ensino

Devido à crescente preocupação com a racionalização energética, torna-se importante adequar os edifícios à sua utilização futura, procedendo à escolha acertada de materiais e técnicas a utilizar na construção e/ou na remodelação. Atualmente, com o desenvolvimento tecnológico, os serviços profissionais e os materiais existentes ao dispor dos projectistas e construtores permitem a implementação eficaz de soluções de elevado impacto a nível da eficiência energética dos edifícios de uma forma acessível e não muito dispendiosa. Nesta área, a regulamentação é essencial para controlar e catalogar energeticamente os sistemas, mitigando o seu sobredimensionamento e consequentes desperdícios, de forma a contribuir eficazmente para as melhorias ambientais e económicas pretendidas. Sem dúvida, que a preocupação consiste em tornar a médio/longo prazo o investimento numa poupança acrescida, proporcionando os mesmos níveis de conforto. As técnicas de climatização e todo o equipamento que está associado têm um peso importante nos custos e na exploração ao longo do tempo. Os sistemas de gestão técnica só poderão tirar partido de toda a estrutura, tornando-a confiável, se forem corretamente projetados. Com este trabalho, pretende-se sensibilizar o leitor sobre as questões práticas associadas ao correto dimensionamento de soluções que contribuam para a eficiência energética dos edifícios, exemplificando-se com um caso de estudo: um edifício de um centro escolar construído obedecendo aos requisitos listados no programa de renovação do parque escolar que o governo incentivou. A sensibilização passa por propostas objetivas de soluções alternativas que poderiam ter sido adotadas ainda na fase de projeto do caso de estudo, tendo em conta os custos e operacionalidade dos sistemas e o local em que se encontram, e que poderiam ter contribuído para melhorar a eficiência energética de todo o edifício, bem como por soluções transversais que se poderiam aplicar em outras situações. Todas as sugestões passam pela simplificação, com o objetivo de contribuir para uma melhor racionalização a curto e longo prazo dos recursos disponibilizados.