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

Determinação de uma fonte de contaminantes no estuário do Rio Macaé através da técnica de problemas inversos

Um grande desafio da atualidade é a preservação dos recursos hídricos, bem como o correto manejo dos mesmos, frente à expansão das cidades e às atividades humanas. A qualidade de um corpo hídrico é usualmente avaliada através da análise de parâmetros biológicos, físicos e químicos. O comportamento de tais parâmetros pode convenientemente ser simulado através de modelos matemáticos e computacionais, que surgem assim como uma ferramenta bastante útil, por sua capacidade de geração de cenários que possam embasar, por exemplo, tomadas de decisão. Nesta tese são discutidas técnicas de estimação da localização e intensidade de uma fonte de contaminante conservativo, hipoteticamente lançado na região predominantemente fluvial de um estuário. O lançamento aqui considerado se dá de forma pontual e contínua e a região enfocada compreendeu o estuário do Rio Macaé, localizado na costa norte do Rio de Janeiro. O trabalho compreende a solução de um problema direto, que consiste no transporte bidimensional (integrado na vertical) desse contaminante hipotético, bem como a aplicação de técnicas de problemas inversos. Para a solução do transporte do contaminante, aqui modelada pela versão 2D horizontal da equação de advecção-difusão, foram utilizados como métodos de discretização o Método de Elementos Finitos e o Método de Diferenças Finitas. Para o problema hidrodinâmico foram utilizados dados de uma solução já desenvolvida para estuário do Rio Macaé. Analisada a malha de acordo com o método de discretização, foram definidas a geometria do estuário e os parâmetros hidrodinâmicos e de transporte. Para a estimação dos parâmetros propostos foi utilizada a técnica de problemas inversos, com o uso dos métodos Luus-Jaakola, Algoritmo de Colisão de Partículas e Otimização por Colônia de Formigas para a estimação da localização e do método Seção Áurea para a estimação do parâmetro de intensidade da fonte. Para a definição de uma fonte, com o objetivo de propor um cenário experimental idealizado e de coleta de dados de amostragem, foi realizada a análise de sensibilidade quanto aos parâmetros a serem estimados. Como os dados de amostragem de concentração foram sintéticos, o problema inverso foi resolvido utilizando-os com e sem ruído, esse introduzido de forma artificial e aleatória. Sem o uso de ruído, os três métodos mostraram-se igualmente eficientes, com uma estimação precisa em 95% das execuções. Já com o uso de dados de amostragem com ruídos de 5%, o método Luus-Jaakola mostrou-se mais eficiente em esforço e custo computacional, embora todos tenham estimado precisamente a fonte em 80% das execuções. Considerando os resultados alcançados neste trabalho tem-se que é possível estimar uma fonte de constituintes, quanto à sua localização e intensidade, através da técnica de problemas inversos. Além disso, os métodos aplicados mostraram-se eficientes na estimação de tais parâmetros, com estimações precisas para a maioria de suas execuções. Sendo assim, o estudo do comportamento de contaminantes, e principalmente da identificação de fontes externas, torna-se uma importante ferramenta para a gestão dos recursos hídricos, possibilitando, inclusive, a identificação de possíveis responsáveis por passivos ambientais.

Self-reported sitting time and physical activity: interactive associations with mental well-being and productivity in office employees

Background: Little is known about how sitting time, alone or in combination with markers of physical activity (PA), influences mental well-being and work productivity. Given the need to develop workplace PA interventions that target employees' health related efficiency outcomes; this study examined the associations between self-reported sitting time, PA, mental well-being and work productivity in office employees. Methods: Descriptive cross-sectional study. Spanish university office employees (n = 557) completed a survey measuring socio-demographics, total and domain specific (work and travel) self-reported sitting time, PA (International Physical Activity Questionnaire short version), mental well-being (Warwick-Edinburg Mental Well-Being Scale) and work productivity (Work Limitations Questionnaire). Multivariate linear regression analyses determined associations between the main variables adjusted for gender, age, body mass index and occupation. PA levels (low, moderate and high) were introduced into the model to examine interactive associations. Results: Higher volumes of PA were related to higher mental well-being, work productivity and spending less time sitting at work, throughout the working day and travelling during the week, including the weekends (p < 0.05). Greater levels of sitting during weekends was associated with lower mental well-being (p < 0.05). Similarly, more sitting while travelling at weekends was linked to lower work productivity (p < 0.05). In highly active employees, higher sitting times on work days and occupational sitting were associated with decreased mental well-being (p < 0.05). Higher sitting times while travelling on weekend days was also linked to lower work productivity in the highly active (p < 0.05). No significant associations were observed in low active employees. Conclusions: Employees' PA levels exerts different influences on the associations between sitting time, mental well-being and work productivity. The specific associations and the broad sweep of evidence in the current study suggest that workplace PA strategies to improve the mental well-being and productivity of all employees should focus on reducing sitting time alongside efforts to increase PA.

Low Effort L-i Nuclear Fusion Plasma Control Using Model Predictive Control Laws

One of the main problems of fusion energy is to achieve longer pulse duration by avoiding the premature reaction decay due to plasma instabilities. The control of the plasma inductance arises as an essential tool for the successful operation of tokamak fusion reactors in order to overcome stability issues as well as the new challenges specific to advanced scenarios operation. In this sense, given that advanced tokamaks will suffer from limited power available from noninductive current drive actuators, the transformer primary coil could assist in reducing the power requirements of the noninductive current drive sources needed for current profile control. Therefore, tokamak operation may benefit from advanced control laws beyond the traditionally used PID schemes by reducing instabilities while guaranteeing the tokamak integrity. In this paper, a novel model predictive control (MPC) scheme has been developed and successfully employed to optimize both current and internal inductance of the plasma, which influences the L-H transition timing, the density peaking, and pedestal pressure. Results show that the internal inductance and current profiles can be adequately controlled while maintaining the minimal control action required in tokamak operation.

Number of Players and Relative Pitch Area per Player: Comparing Their Influence on Heart Rate and Physical Demands in Under-12 and Under-13 Football Players

The aim of the present study is to analyse the influence of different large-sided games (LSGs) on the physical and physiological variables in under-12s (U12) and -13s (U13) soccer players. The effects of the combination of different number of players per team, 7, 9, and 11 (P7, P9, and P11, respectively) with three relative pitch areas, 100, 200, and 300 m(2) (A100, A200, and A300, respectively), were analysed in this study. The variables analysed were: 1) global indicator such as total distance (TD); work:rest ratio (W:R); player-load (PL) and maximal speed (V-max); 2) heart rate (HR) mean and time spent in different intensity zones of HR (<75%, 75-84%, 84-90% and >90%), and; 3) five absolute (<8, 8-13, 13-16 and >16 Km h(-1)) and three relative speed categories (<40%, 40-60% and >60% V-max). The results support the theory that a change in format (player number and pitch dimensions) affects no similarly in the two players categories. Although it can seem that U13 players are more demanded in this kind of LSG, when the work load is assessed from a relative point of view, great pitch dimensions and/or high number of player per team are involved in the training task to the U12 players. The results of this study could alert to the coaches to avoid some types of LSGs for the U12 players such as:P11 played in A100, A200 or A300, P9 played in A200 or A300 and P7 played in A300 due to that U13>U12 in several physical and physiological variables (W:R, time spent in 84-90% HRmax, distance in 8-13 and 13-16 Km h(-1) and time spent in 40-60% V-max). These results may help youth soccer coaches to plan the progressive introduction of LSGs so that task demands are adapted to the physiological and physical development of participants.

The relationship between catch and effort and its effect on predicted yields of sardine fisheries in Lake Kariba

There is an unusual relationship between catch per unit effort and effort in the Lake Kariba sardine (Limnothrissa miodon) fishery. This is apparently a results of ecological changes in the lake following the decline of the Salvinia mats that existed there until 1973. Predictive models based on the entire data set (1974-89) are of limited value because they are influenced by the rapid decline in catch per unit effort that took place from 1974 to 1978. A model based on the 1980-89 data indicates that the current catch could be increased substantially. Some empirical models and features of the sardine's biology suggest that it is a realistic model.

Assessment of the fishing effort level in the shrimp fisheries of the central and southern Gulf of California

In view of the concern caused by the declining trend in the annual shrimp yield in the Central Gulf of California, an attempt was made to analyze the fishing effort level exerted upon the shrimp stocks of the blue (Farfantepenaeus stylirostris) and the brown shrimp (F. californiensis) from 1980 to 1991. For this purpose, both Schaefer and Fox production models were applied. The results from these analyses revealed an economic overexploitation condition, and suggested an imperative need to implement as a regulatory measure, the reduction of the catch per unit of effort level (CPUE) to keep the fishery within acceptable bioeconomic margins of a maximum sustainable yield (Ys). This can only be achieved through the adjustment of the fleet size from 481 vessels down to 250 or 275.

Catch-effort relationship in Pacific bigeye tuna fishery

Some problems associated with fitting surplus production models to unsuitable data are discussed. This is illustrated by an application of the Schaefer, Fox and PRODFIT models to Pacific Ocean bigeye tuna (Thunnus obesus ) catch and effort data for 1952-1987, which appear to be better described by purely empirical models.

Beluga, Delphinapterus leucas, Distribution and Survey Effort in the Gulf of Alaska

Beluga, Delphinapterus leucas, distribution in the Gulf of Alaska and adjacent inside waters was examined through a review of surveys conducted as far back as 1936. Although beluga sightings have occurred on almost every marine mammal survey in northern Cook Inlet (over 20 surveys reported here), beluga sightings have been rare outside the inlet in the Gulf of Alaska. More than 150,000 km of dedicated survey effort in the Gulf of Alaska resulted in sightings of over 23,000 individual cetaceans, of which only 4 beluga sightings (5 individuals) occurred. In addition, nearly 100,000 individual cetaceans were reported in the Platforms of Opportunity database; yet, of these, only 5 sightings (39 individuals) were belugas. Furthermore, approximately 19 beluga sightings (>260 individuals), possibly including resightings, have been reported without information on effort or other cetacean sightings. Of the 28 sightings of belugas outside of Cook Inlet, 9 were near Kodiak Island, 10 were in or near Prince William Sound, 8 were in Yakutat Bay, and 1 anomalous sighting was well south of the Gulf. These sightings support archaeological and commercial harvest evidence indicating the only persistent group of belugas in the Gulf of Alaska occurs in Cook Inlet.

Estimation of Standardized Effort in the Heterogeneous Gulf of Mexico Shrimp Fleet

In this paper we estimate nominal and standardized shrimping effort in the Gulf of Mexico for the years 1965 through 1993. We accomplish this by first developing a standardization method (model) and then an expansion method (model). The expansion model estimates nominal days fished for noninterview landings data. The standardization model converts nominal days fished to standard days fished. We then characterize the historical trends of the penaeid shrimp fishery byvessel configuration, relative fishing power, and nominal and standardized effort. Wherever possible, we provide comparison with previous estimates by the National Marine Fisheries Service, NOAA.

The California Red Sea Urchin, Strongylocentrotus franciscanus, Fishery: Catch, Effort, and Management Trends

California's red sea urchin, Strongylocentrotus franciscanus, catch peaked at 23,577 metric tons (t) in 1988. Since then, catches and CPUE have trended downward at different rates in northern and southern California, with 10,086 t landed statewide in 1995. West coast sea urchin catches and CPUE from British Columbia, Can., to Baja California, Mex., have generally declined during this period which followed a decade of rapid fishery expansion. This expansion was in response to increasing demand from Japan fueled by rising prices based largely on a more favorable export currency exchange rate. West coast stock assessment methods have been based on integrating a combination of fisheries dependent data and population surveys into models at various levels of complexity. California management policy has centered on technical measures such as size limits and seasonal closures and has been largely ineffective in stabilizing declining catches.