Self-optimization aspects for dynamic scheduling

Scheduling is a critical function that is present throughout many industries and applications. A great need exists for developing scheduling approaches that can be applied to a number of different scheduling problems with significant impact on performance of business organizations. A challenge is emerging in the design of scheduling support systems for manufacturing environments where dynamic adaptation and optimization become increasingly important. At this scenario, self-optimizing arise as the ability of the agent to monitor its state and performance and proactively tune itself to respond to environmental stimuli.

Commercial agents portfolio optimization in electricity markets

As it is well known, competitive electricity markets require new computing tools for power companies that operate in retail markets in order to enhance the management of its energy resources. During the last years there has been an increase of the renewable penetration into the micro-generation which begins to co-exist with the other existing power generation, giving rise to a new type of consumers. This paper develops a methodology to be applied to the management of the all the aggregators. The aggregator establishes bilateral contracts with its clients where the energy purchased and selling conditions are negotiated not only in terms of prices but also for other conditions that allow more flexibility in the way generation and consumption is addressed. The aggregator agent needs a tool to support the decision making in order to compose and select its customers' portfolio in an optimal way, for a given level of profitability and risk.

Derivative-free optimization and filter methods to solve nonlinear constrained problems

In real optimization problems, usually the analytical expression of the objective function is not known, nor its derivatives, or they are complex. In these cases it becomes essential to use optimization methods where the calculation of the derivatives, or the verification of their existence, is not necessary: the Direct Search Methods or Derivative-free Methods are one solution. When the problem has constraints, penalty functions are often used. Unfortunately the choice of the penalty parameters is, frequently, very difficult, because most strategies for choosing it are heuristics strategies. As an alternative to penalty function appeared the filter methods. A filter algorithm introduces a function that aggregates the constrained violations and constructs a biobjective problem. In this problem the step is accepted if it either reduces the objective function or the constrained violation. This implies that the filter methods are less parameter dependent than a penalty function. In this work, we present a new direct search method, based on simplex methods, for general constrained optimization that combines the features of the simplex method and filter methods. This method does not compute or approximate any derivatives, penalty constants or Lagrange multipliers. The basic idea of simplex filter algorithm is to construct an initial simplex and use the simplex to drive the search. We illustrate the behavior of our algorithm through some examples. The proposed methods were implemented in Java.

Derivative-free nonlinear optimization filter simplex

The filter method is a technique for solving nonlinear programming problems. The filter algorithm has two phases in each iteration. The first one reduces a measure of infeasibility, while in the second the objective function value is reduced. In real optimization problems, usually the objective function is not differentiable or its derivatives are unknown. In these cases it becomes essential to use optimization methods where the calculation of the derivatives or the verification of their existence is not necessary: direct search methods or derivative-free methods are examples of such techniques. In this work we present a new direct search method, based on simplex methods, for general constrained optimization that combines the features of simplex and filter methods. This method neither computes nor approximates derivatives, penalty constants or Lagrange multipliers.

Numerical optimization experiments using the hyperbolic smoothing strategy to solve MPCC

In this work we solve Mathematical Programs with Complementarity Constraints using the hyperbolic smoothing strategy. Under this approach, the complementarity condition is relaxed through the use of the hyperbolic smoothing function, involving a positive parameter that can be decreased to zero. An iterative algorithm is implemented in MATLAB language and a set of AMPL problems from MacMPEC database were tested.

Sensing Cloud Optimization to Solve ED of Units with Valve-Point Effects and Multi-fuels

In this paper a solution to an highly constrained and non-convex economical dispatch (ED) problem with a meta-heuristic technique named Sensing Cloud Optimization (SCO) is presented. The proposed meta-heuristic is based on a cloud of particles whose central point represents the objective function value and the remaining particles act as sensors "to fill" the search space and "guide" the central particle so it moves into the best direction. To demonstrate its performance, a case study with multi-fuel units and valve- point effects is presented.

Optimization, high availability and redundancy in information communications and technology using networks and systems virtualization architectures

Mestrado em Engenharia Informática

Concepção de um reactor batch multifunções

Mestrado em Engenharia Química

The development and optimization of a modified single-drop microextraction method for organochlorine pesticides determination by gas chromatography-tandem mass spectrometry

We have developed a new method for single-drop microextraction (SDME) for the preconcentration of organochlorine pesticides (OCP) from complex matrices. It is based on the use of a silicone ring at the tip of the syringe. A 5 μL drop of n-hexane is applied to an aqueous extract containing the OCP and found to be adequate to preconcentrate the OCPs prior to analysis by GC in combination with tandem mass spectrometry. Fourteen OCP were determined using this technique in combination with programmable temperature vaporization. It is shown to have many advantages over traditional split/splitless injection. The effects of kind of organic solvent, exposure time, agitation and organic drop volume were optimized. Relative recoveries range from 59 to 117 %, with repeatabilities of <15 % (coefficient of variation) were achieved. The limits of detection range from 0.002 to 0.150 μg kg−1. The method was applied to the preconcentration of OCPs in fresh strawberry, strawberry jam, and soil.

Optimization of QuEChERS method for the analysis of organochlorine pesticides in soils with diverse organic matter

A QuEChERS method has been developed for the determination of 14 organochlorine pesticides in 14 soils from different Portuguese regions with wide range composition. The extracts were analysed by GC-ECD (where GC-ECD is gas chromatography-electron-capture detector) and confirmed by GC-MS/MS (where MS/MS is tandem mass spectrometry). The organic matter content is a key factor in the process efficiency. An optimization was carried out according to soils organic carbon level, divided in two groups: HS (organic carbon>2.3%) and LS (organic carbon<2.3%). Themethod was validated through linearity, recovery, precision and accuracy studies. The quantification was carried out using a matrixmatched calibration to minimize the existence of the matrix effect. Acceptable recoveries were obtained (70–120%) with a relative standard deviation of ≤16% for the three levels of contamination. The ranges of the limits of detection and of the limits of quantification in soils HS were from 3.42 to 23.77 μg kg−1 and from 11.41 to 79.23 μg kg−1, respectively. For LS soils, the limits of detection ranged from 6.11 to 14.78 μg kg−1 and the limits of quantification from 20.37 to 49.27 μg kg−1. In the 14 collected soil samples only one showed a residue of dieldrin (45.36 μg kg−1) above the limit of quantification. This methodology combines the advantages of QuEChERS, GC-ECD detection and GC-MS/MS confirmation producing a very rapid, sensitive and reliable procedure which can be applied in routine analytical laboratories.

Optimization and validation of organochlorine compounds in adipose tissue by SPE-gas chromatography

Scientific evidence has shown an association between organochlorine compounds (OCC) exposure and human health hazards. Concerning this, OCC detection in human adipose samples has to be considered a public health priority. This study evaluated the efficacy of various solid-phase extraction (SPE) and cleanup methods for OCC determination in human adipose tissue. Octadecylsilyl endcapped (C18-E), benzenesulfonic acid modified silica cation exchanger (SA), poly (styrene-divinylbenzene (EN) and EN/RP18 SPE sorbents were evaluated. The relative sample cleanup provided by these SPE columns was evaluated using gas chromatography with electron capture detection (GC–ECD). The C18-E columns with strong homogenization were found to provide the most effective cleanup, removing the greatest amount of interfering substance, and simultaneously ensuring good analyte recoveries higher than 70%. Recoveries>70% with standard deviations (SD)<15% were obtained for all compounds under the selected conditions. Method detection limits were in the 0.003–0.009 mg/kg range. The positive samples were confirmed by gas chromatography coupled with tandem mass spectrometry (GC-MS/MS). The highest percentage found of the OCC in real samples corresponded to HCB, o,p′-DDT and methoxychlor, which were detected in 80 and 95% of samples analyzed respectively. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.

Mass spectrometry parameters optimization for the 46 multiclass pesticides determination in strawberries with gas chromatography ion-trap tandem mass spectrometry

Multiclass analysis method was optimized in order to analyze pesticides traces by gas chromatography with ion-trap and tandem mass spectrometry (GC-MS/MS). The influence of some analytical parameters on pesticide signal response was explored. Five ion trap mass spectrometry (IT-MS) operating parameters, including isolation time (IT), excitation voltage (EV), excitation time (ET),maximum excitation energy or “q” value (q), and isolationmass window (IMW) were numerically tested in order to maximize the instrument analytical signal response. For this, multiple linear regression was used in data analysis to evaluate the influence of the five parameters on the analytical response in the ion trap mass spectrometer and to predict its response. The assessment of the five parameters based on the regression equations substantially increased the sensitivity of IT-MS/MS in the MS/MS mode. The results obtained show that for most of the pesticides, these parameters have a strong influence on both signal response and detection limit.Using the optimized method, a multiclass pesticide analysis was performed for 46 pesticides in a strawberry matrix. Levels higher than the limit established for strawberries by the European Union were found in some samples.

Recuperação do calor de um efluente primário para aquecimento de lamas de um reactor anaeróbio

O presente trabalho tem como principal objectivo o estudo da possibilidade de recuperação de calor de um efluente proveniente do tratamento primário da fábrica do grupo Portucel Soporcel (fábrica produtora de pasta de papel), para o aquecimento da corrente de lamas do digestor anaeróbio da SimRia S.A. – ETAR Norte, (ambas localizadas em Cacia, distrito de Aveiro). A solução consiste na implementação de um sistema de permuta térmica entre estas duas correntes, constituído fundamentalmente por dois permutadores de placas em espiral, montados em paralelo que operam em contra-corrente. Segundo este novo sistema de aquecimento, as lamas abandonam o digestor anaeróbio da mesma ETAR a um caudal de 110 m3/h, que se dividirá em duas linhas, sendo admitidas em cada permutador a 55 m3/h e a uma temperatura de 32 ºC regressando ao digestor a uma temperatura de 37 ºC (temperatura óptima a que ocorre a digestão anaeróbia das lamas). O efluente disponível, abandona o tratamento primário da Portucel, a 45 ºC e é encaminhado até aos permutadores da SimRia S.A., onde vai trocar calor com as lamas e regressa à Portucel a 40ºC, sendo admitido nas torres de arrefecimento da fábrica de papel. A nova instalação proposta pretende substituir a actual existente na ETAR em causa, em que a corrente de água que aquece as lamas, circula num circuito fechado entre um único permutador e uma caldeira, alimentada com o biogás que se produz no digestor anaeróbio, e que é responsável pelo controlo da temperatura da corrente de água. Pretende-se que a implementação deste novo método de aquecimento de lamas seja uma alternativa económica relativamente ao actual sistema, uma vez que vai substituir a corrente de biogás alimentada à caldeira podendo este recurso ser transformado em energia eléctrica e posteriormente comercializada. A análise financeira realizada ao projecto demonstrou que o projecto é rentável, uma vez que, a diferença entre todos ganhos e custos ao fim dos 10 anos de vida útil estimados é de cerca de 150 000,0 €. O período de retorno do investimento é alcançado no final dos primeiros 6 anos e a taxa interna de rentabilidade obtida foi de 36 %. Posteriormente incluiu-se neste estudo a possibilidade de tratamento das lamas geradas na fábrica da Portucel na ETAR da SimRia recorrendo a um terceiro digestor. Conclui-se que se trata duma opção vantajosa, uma vez que permite obter um caudal de biogás 44 m3/h, que convertido em potência permite obter 150 kW que poderá ser aproveitado para produção de energia ou comercializado gerando uma receita adicional de 130 000,0 €/ano para as entidades envolvidas.

Optimização da estação de tratamento de águas residuais de Crestuma

O presente trabalho, elaborado entre Fevereiro e Julho de 2011, pretendeu analisar o impacto de algumas estratégias de optimização, adoptadas no âmbito da gestão de processo. As soluções estudadas tiveram como objectivo fazer face a alguns problemas de funcionamento da estação de tratamento de águas residuais (ETAR) de Crestuma, com recurso aos meios existentes. Para esse efeito foi realizada uma análise ao histórico dos registos de exploração referentes ao período de Janeiro de 2008 a Julho de 2011, pois foi considerado que este seria o período necessário para a análise e apuramento de resultados conclusivos. A ETAR fica situada na freguesia de Crestuma, actualmente com 2619 habitantes, localizada na confluência do regato de Vessadas com o rio Douro. Destina-se a tratar as águas residuais provenientes do sistema de drenagem de três localidades, S. Fioso, S. Picoto e S. Vessada, contribuindo para a despoluição do rio Douro. Genericamente, a ETAR tem apresentado um desempenho bastante satisfatório, respeitando os valores limites de emissão previstos na legislação actual (Decreto-Lei 152/97). A permanência de grandes quantidades de lama no processo, associada a uma elevada idade das lamas, está na origem da sua má sedimentabilidade, dificultando, por sua vez, a sua remoção do sistema. Com objectivo de se conseguir remover as lamas biológicas de uma forma mais eficiente, foi adoptada uma estratégia que compreendeu duas etapas. Com a finalidade de melhorar a sedimentabilidade, numa primeira etapa foi introduzido no processo um produto biológico, composto essencialmente por fungos, comercialmente conhecido por Optibiom 7450L. Com vista a obter-se uma maior eficiência na desidratação das lamas, a segunda etapa consistiu na substituição do polímero usado na lama espessada, por outro, de composição diferente, comercialmente conhecido por Easy 6040. Com as alterações introduzidas, foi possível obter um melhor controlo do processo e convergir para parâmetros de funcionamento mais próximos dos valores referidos na bibliografia. As alterações mais relevantes foram verificadas nos valores de sólidos suspensos totais (SST) no reactor biológico e na recirculação, tendo-se obtido valores médios de 3846 e 9716 mg/L, respectivamente (correspondendo a valores anteriores ao tratamento de 5301 e 7430 mg/L). Assim, a razão entre as concentrações de SST na corrente de recirculação e no reactor biológico passou de 1,4 para 2,6. A idade das lamas diminuiu de 42 para 36 dias com a adição do polímero Easy 6040 e o índice volumétrico de lamas apresentou uma redução, de 134 mL/g para 100 mL/g, o que se traduziu numa melhor sedimentabilidade das lamas. Desta forma, obteve-se uma diminuição de 33,3% no volume de lama produzida por m3 de afluente tratado, bem como uma redução de 27% no número de horas de funcionamento da centrífuga e um decréscimo ligeiro no consumo global de energia da ETAR (0,89%). Conclui-se que as alterações introduzidas no processo, adição de um produto biológico composto por fungos (Optibiom 7450L) e substituição do polímero usado na lama espessada por outro de composição diferente (Easy 6040), conduziram a uma melhoria no funcionamento do tratamento biológico da ETAR de Crestuma.

Estudo de optimização energética da unidade 1400

O estudo de optimização energética da Unidade 1400 da Fábrica de Combustíveis da Refinaria de Matosinhos da Galp Energia foi realizado com base no projecto de revamping elaborado pela AXENS, devido à existência de dúvidas (Galp Energia) de que aquele projecto não estivesse, do ponto de vista energético, totalmente rentabilizado. Para a consecução deste estudo, foi aplicado o conceito Pinch (Ponto de Estrangulamento), recorrendo-se quer a software dedicado disponível (ASPEN Energy Analyser), quer ao cálculo da Cascata de Calor. Os resultados obtidos em definitivo foram-no através deste último, tendo servido o primeiro apenas como indicador, devido à existência de incoerências (pelo menos aparentes). Foram considerados três cenários, tendo apenas como elemento diferenciador o valor de ΔTmin: 10, 15 e 20 oC. Foi detectado, somente para este último (20 oC), um ponto de estrangulamento. Os três cenários concordam na necessidade de inclusão de um novo permutador de calor entre a corrente de gasóleo após sofrer reacção de hidrogenação (fundo do reactor) e após dois estágios de arrefecimento e a corrente de gasóleo à entrada da Unidade e após recepção do reciclo de hidrogénio, constituindo assim a sua fonte inicial de aquecimento. Como consequência, também são reduzidas as necessidades de serviço da fornalha pré-reactor e das utilidades de arrefecimento. Para o cálculo do novo permutador de calor, seguiram-se duas vias: carcaça e tubos convencional e carcaça e tubos com disposição helicoidal das chicanas (Helixchanger®). Para o primeiro tipo, recorreu-se ao software ASPEN Exchanger Design & Rating, sendo, para o segundo, a empresa detentora da tecnologia (Lummus Technology) a fornecer a solução pretendida. Procedeu-se a um breve estudo de rentabilidade económica do investimento em causa, considerando o seu maior valor (Helixchanger®), sendo o resultado favorável à sua aplicação.