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.

Solving a signalized traffic intersection problem with an hyperbolic penalty function

Mathematical Program with Complementarity Constraints (MPCC) finds many applications in fields such as engineering design, economic equilibrium and mathematical programming theory itself. A queueing system model resulting from a single signalized intersection regulated by pre-timed control in traffic network is considered. The model is formulated as an MPCC problem. A MATLAB implementation based on an hyperbolic penalty function is used to solve this practical problem, computing the total average waiting time of the vehicles in all queues and the green split allocation. The problem was codified in AMPL.

Banco de ensaios para micro geração eólica

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

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.

Life cycle analysis of biodiesel production

Biodieselhas attracted considerable attention as a renewable, biodegradable, and nontoxic fuel and can contribute to solving the energy problems, significantly reducing the emission of gases which cause global warming. The first stage of this work was to simulate different alternative processes for producing biodiesel. The method used for the production of biodiesel is the transesterification of vegetable oilswith an alcohol in the presence of a catalyst. The raw materials used were palm oils and waste cooking oil. The second stage was a life cycle analysis for all alternatives under study, followed by an economic analysis for the alternatives that present minor impacts and which are more promising from an economic point of view. Finally,we proceeded to compare the different alternatives fromboth the point of view of life cycle and economic analysis. The feasibility of all processes was proven and the biodiesel obtained had good specifications. From the standpoint of life cycle analysis, the best alternative was the process of alkaline catalysiswith acid pretreatment for waste cooking oil. The economic analysis was done to the previous mentioned process and to the process that uses raw virgin oils, methanol, and sodium hydroxide. This process has lower investment costs but the process of alkaline catalysis with acid pre-treatment, whose main raw material is waste oil, is much more profitable and has less environmental impacts.

A new MILP based approach for unit commitment in power production planning

This paper presents a complete, quadratic programming formulation of the standard thermal unit commitment problem in power generation planning, together with a novel iterative optimisation algorithm for its solution. The algorithm, based on a mixed-integer formulation of the problem, considers piecewise linear approximations of the quadratic fuel cost function that are dynamically updated in an iterative way, converging to the optimum; this avoids the requirement of resorting to quadratic programming, making the solution process much quicker. From extensive computational tests on a broad set of benchmark instances of this problem, the algorithm was found to be flexible and capable of easily incorporating different problem constraints. Indeed, it is able to tackle ramp constraints, which although very important in practice were rarely considered in previous publications. Most importantly, optimal solutions were obtained for several well-known benchmark instances, including instances of practical relevance, that are not yet known to have been solved to optimality. Computational experiments and their results showed that the method proposed is both simple and extremely effective.

CYCLOTech - an innovative approach for the reliable production of 99mTc - technetium

CYCLOTech is a high-tech Project, related with an innovative method for direct production of a radioactive pharmaceutical, used in excess of 85% of 35 Million Nuclear Medicine procedures done yearly, worldwide, representing globally more than 3 Billion Euros. The CYCLOTech team has developed an innovative proprietary methodology based on the use of Cyclotron Centers, formally identified as the Clients (actually, there are around 450 of this Centers in function worldwide), to directly produce and deliver the radiopharmaceutical to the final users, at the Hospitals and other Health Institutions (estimating at around 25.000, worldwide). The investment still need to finish Research and Technological Development (RTD), Industrial, Regulatory and Intellectual Property Rights (IPR) issues and allow the introduction in the Market is 4,35 M€, with a Payback of 3 years, with an Investment Return Rate (IRR) of 81,7% and a Net Present Value (NPV) of 60.620.525€ (in 2020).

Sustainability and economic evaluation of microalgae grown in brewery wastewater

This article evaluates the sustainability and economic potential of microalgae grown in brewery wastewater for biodiesel and biomass production. Three sustainability and two economic indicators were considered in the evaluation within a life cycle perspective. For the production system the most efficient process units were selected. Results show that harvesting and oil separation are the main process bottlenecks. Microalgae with higher lipid content and productivity are desirable for biodiesel production, although comparable to other biofuel’s feedstock concerning sustainability. However, improvements are still needed to reach the performance level of fossil diesel. Profitability reaches a limit for larger cultivation areas, being higher when extracted biomass is sold together with microalgae oil, in which case the influence of lipid content and areal productivity is smaller. The values of oil and/or biomass prices calculated to ensure that the process is economically sound are still very high compared with other fuel options, especially biodiesel.

Modelização do despacho económico de Gás Natural

Com as variações e instabilidade dos preços do petróleo, assim como as políticas europeias para adoção de estratégias para o desenvolvimento sustentável, têm levado à procura de forma crescente de novas tecnologias e fontes de energia alternativas. Neste contexto, tem-se assistido a políticas energéticas que estimulam o aumento da produção e a utilização do gás natural, visto que é considerado uma fonte de energia limpa. O crescimento do mercado do gás natural implica um reforço significativo das redes de transporte deste combustível, quer ao nível do armazenamento e fornecimento, quer ao nível dos gasodutos e da sua gestão. O investimento em gasodutos de transporte implica grandes investimentos, que poderiam não ser remunerados da forma esperada, sendo um dos motivos para que exista em Portugal cinco distritos se veem privados deste tipo de infraestruturas. O transporte de gás natural acarreta custos elevados para os consumidores, tanto maiores quanto maior forem as quantidades de gás transacionadas e quanto maior for o percurso pelo gás natural percorrido. Assim assume especial importância a realização de um despacho de gás natural: quais as cargas que cada unidade de fornecimento de gás irá alimentar, qual a quantidade de gás natural que cada UFGs deve injetar na rede, qual o menor percurso possível para o fazer, o tipo de transporte que será utilizado? Estas questões são abordadas na presente dissertação, por forma a minimizar a função custo de transporte, diminuindo assim as perdas na rede de alta pressão e os custos de transporte que serão suportados pelos consumidores. A rede de testes adotada foi a rede nacional de transporte, constituída por 18 nós de consumos, e os tipos de transporte considerados, foram o transporte por gasoduto físico e o transporte através de gasoduto virtual – rotas de transporte rodoviário de gás natural liquefeito. Foram criados diversos cenários, baseados em períodos de inverno e verão, os diferentes cenários abrangeram de forma distinta as variáveis de forma a analisar os impactos que estas variáveis teriam no custo relativo ao transporte de gás natural. Para dar suporte ao modelo de despacho económico, foi desenvolvida uma aplicação computacional – Despacho_GN com o objetivo de despachar as quantidades de gás natural que cada UFG deveria injetar na rede, assim como apresentar os custos acumulados relativos ao transporte. Com o apoio desta aplicação foram testados diversos cenários, sendo apresentados os respectivos resultados. A metodologia elaborada para a criação de um despacho através da aplicação “Despacho_GN” demonstrou ser eficiente na obtenção das soluções, mostrando ser suficientemente rápida para realizar as simulações em poucos segundos. A dissertação proporciona uma contribuição para a exploração de problemas relacionados com o despacho de gás natural, e sugere perspectivas futuras de investigação e desenvolvimento.

Integration of the project team in the classic maintenance cycle

A manutenção é uma área extremamente importante, principalmente na indústria. Devidamente organizada, permitirá um fluxo produtivo devidamente planeado e executado, que permitirá a qualquer empresa manter o nível de facturação desejado e o prazo de entrega acordado com os clientes. De outra forma, poderá originar o caos. No entanto, os desafios de gestão da produção mais correntes, nomeadamente através do Lean Manufacturing, passam a exigir um pouco mais do que uma simples manutenção. Torna-se obrigatório fazer análises económicas que permitam averiguar quando cada equipamento passa a exigir custos de manutenção excessivos, os quais poderão obrigar a um recondicionamento mais acentuado do equipamento, o qual pode passar inclusivamente por uma melhoria da sua performance. Nestes casos, terá que existir uma “cumplicidade” entre a Direcção de Produção e a Manutenção, no sentido de averiguar o melhor momento para proceder a uma melhoria do equipamento, numa perspectiva de funcionamento global em linha de produção, adaptando-o à performance que será exigida ao conjunto. Neste domínio, o Projecto passa a prestar um serviço valiosíssimo à empresa, integrando-se no conjunto Produção + Manutenção, criando valor na intervenção, através do desenvolvimento de um trabalho que permite não só repor o estado natural da produção, mas sim promover uma melhoria sustentada da mesma. Este trabalho pretende reflectir e avaliar a relevância do Projecto neste tipo de operações, contribuindo de uma forma sistemática e sustentada para a melhoria contínua dos processos de fabrico. É apresentado um caso de estudo que pretende validar todo o desenvolvimento anteriormente realizado na matéria.