Selection of optimal operating conditions based on minimum energy consumption for an acrylonitrile recovery unit

The selection of the optimal operating conditions for an industrial acrylonitrile recovery unit was conducted by the systematic application of the response surface methodology, based on the minimum energy consumption and products specifications as process constraints. Unit models and plant simulation were validated against operating data and information. A sensitivity analysis was carried out in order to identify the set of parameters that strongly affect the trajectories of the system while keeping products specifications. The results suggest that energy savings of up to 10% are possible by systematically adjusting operating conditions.

Long-term relationship between energy consumption and GDP in Latin America: an empirical assessment using panel data

The main objetive of this research is to evaluate the long term relationship between energy consumption and GDP for some Latin American countries in the period 1980-2009 -- The estimation has been done through the non-stationary panel approach, using the production function in order to control other sources of GDP variation, such as capital and labor -- In addition to this, a panel unit root tests are used in order to identify the non-stationarity of these variables, followed by the application of panel cointegration test proposed by Pedroni (2004) to avoid a spurious regression (Entorf, 1997; Kao, 1999)

Predictive models of buildings energy consumption

Dissertação de Mestrado, Engenharia Electrónica e Telecomunicações, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

ASSESSMENT OF ENERGY CONSUMPTION IN GREENHOUSE PRODUCTION IN THE WEST REGION OF PORTUGAL

Greenhouse production is a very important activity in the West region of Portugal, with an area of approximately 800 ha where the regular production consists in two crops per year, one in winter-spring and the other in summer-autumn. Many growers are now prepared to better exploit market opportunities, since they know that the big export window opportunity is from June to September, when the production is difficult in other regions of south due to high temperatures. Grower’s use new and more productive varieties, either in soil or hydroponic systems, mostly in unheated greenhouses, naturally ventilated, and equipped with modern fertigation systems. Greenhouse production causes some environmental impacts due to the high use of inputs. Several improvements in technologies and crop practices may contribute to increase the use efficiency of resources, decreasing the negative environmental impacts. Greenhouse vegetable production in Northern EU countries is based on the supply of heating and differs significantly from the production system in the Southern EU countries. In the Northern countries, direct energy inputs, mostly for heating, are predominant while in the South the indirect energy input is also important, mainly associated with fertilizers, plastic cover materials and other auxiliary materials. The main objective of this work was to characterise the greenhouse production systems in the West region of Portugal, in order to evaluate the energetic consumptions (direct and indirect), the GHH emissions, the production costs and the farmer’s income. With this work the mostly important inputs were identified, allowing proposing alternative measures to improve efficiency and sustainability. All the data was obtained by surveys performed directly with growers, previously selected to be representative of the crop practices and greenhouse type of the region. However, more research should be performed in order to develop and to test technologies capable to improve resources use efficiency in greenhouse production.

Energy consumption and energy efficiency in olive oil mills: case studies in Portugal and Spain in the frame of TESLA project

TESLA project (Transfering Energy Save Laid on Agroindustry) financed by the European Commission, had the main goals of evaluating the energy consumption and to identify the best available practices to improve energy efficiency in key agro-food sectors, such as the olive oil mills. A general analysis of energy consumptions allowed identifying the partition between electrical and thermal energy (approximately 50%) and the production processes responsible for the higher energy consumptions, as being the in the mill and paste preparation and the phases separation. Some measures for reducing energy waste and for improving energy efficiency were identified and the impact was evaluated by using the TESLA tool developed by Circe and available at the TESLA website.

Energy consumption of parallel algorithms for solving linear systems on HPC architecture

Modern High-Performance Computing HPC systems are gradually increasing in size and complexity due to the correspondent demand of larger simulations requiring more complicated tasks and higher accuracy. However, as side effects of the Dennard’s scaling approaching its ultimate power limit, the efficiency of software plays also an important role in increasing the overall performance of a computation. Tools to measure application performance in these increasingly complex environments provide insights into the intricate ways in which software and hardware interact. The monitoring of the power consumption in order to save energy is possible through processors interfaces like Intel Running Average Power Limit RAPL. Given the low level of these interfaces, they are often paired with an application-level tool like Performance Application Programming Interface PAPI. Since several problems in many heterogeneous fields can be represented as a complex linear system, an optimized and scalable linear system solver algorithm can decrease significantly the time spent to compute its resolution. One of the most widely used algorithms deployed for the resolution of large simulation is the Gaussian Elimination, which has its most popular implementation for HPC systems in the Scalable Linear Algebra PACKage ScaLAPACK library. However, another relevant algorithm, which is increasing in popularity in the academic field, is the Inhibition Method. This thesis compares the energy consumption of the Inhibition Method and Gaussian Elimination from ScaLAPACK to profile their execution during the resolution of linear systems above the HPC architecture offered by CINECA. Moreover, it also collates the energy and power values for different ranks, nodes, and sockets configurations. The monitoring tools employed to track the energy consumption of these algorithms are PAPI and RAPL, that will be integrated with the parallel execution of the algorithms managed with the Message Passing Interface MPI.

Media stress intensity analysis for vertical stirred mills

Experimental work has been carried out to investigate the effect of major operating variables on milling efficiency of calcium carbonate in laboratory and pilot size Tower and Sala Agitated (SAM) mills. The results suggest that the stirrer speed, media size and slurry density affect the specific energy consumption required to achieve the given product size. Media stress intensity analysis developed for high-speed horizontal mills was modified to include the effect of gravitational force in the vertical stirred mills such as the Tower and SAM units. The results suggest that this approach can be successfully applied for both mill types. For a given specific energy input, an optimum stress intensity range existed, for which the finest product was achieved. Finer product and therefore higher milling efficiency was obtained with SAM in the range of operating conditions tested. (C) 2001 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Modelagem e simulação de um secador intermitente de fluxos contracorrentes para frutos do cafeeiro

Este trabalho foi realizado com o objetivo de desenvolver um modelo computacional para simular a secagem de frutos café em um secador intermitente de fluxos contracorrente, empregando a linguagem de simulação EXTEND™ e o Modelo de Thompson (THOMPSON; PEART; FOSTER, 1968). Para validação do modelo desenvolvido foram utilizados dados experimentais obtidos por Silva (1991), em que foram empregados três níveis de temperatura do ar de secagem de 60, 80 e 100 °C. O modelo desenvolvido foi validado, sendo constatados desvios absolutos de 1,8% b.u e 1,1 kg e erros relativos de 11% e 1,6% na previsão dos parâmetros teor de água final e consumo de lenha, respectivamente. O modelo validado foi empregado na condução de experimentos tipo comparação de cenários. O primeiro experimento refere a alterações do ciclo operacional em que foram alterados os tempos de movimentação e de parada do fluxo da massa de grãos. E o segundo refere à alteração da configuração do secador quanto às alturas das câmaras de secagem e descanso. O ciclo operacional com os tempos de movimentação de um minuto e de parada de dezesseis minutos, para a temperatura do ar de secagem de 100 °C, proporcionou o melhor desempenho, sendo constatado tempo secagem de 12,3 h, consumo de lenha de 109,5 kg, consumo específico de energia de 7660 kJ.kg-1 de água evaporada, e capacidade de secagem de 87,86 kg.h-1. Quanto à configuração do secador, o melhor desempenho ocorreu para altura da câmara de secagem de 2,3 m usando a temperatura do ar de secagem de 100 °C, em que foram simulados tempo de secagem de 12,0 h, consumo de lenha de 106,5 kg, consumo específico de energia, de 7433 kJ.kg-1 de água evaporada, e capacidade de secagem de 90 kg.h-1. Desse modo, na condução da secagem de frutos de café em um secador intermitente de fluxos contracorrentes é recomendado o ciclo operacional com tempos de movimentação de um minuto e o de parada de dezesseis minutos, e não empregar a câmara de descanso. Essa conclusão está fundamentada em índices de desempenho do secador. Ressalta-se que não foram simulados os impactos nos parâmetros de qualidade.

Comparison between monopolar and bipolar microsecond range pulsed electric fields in enhancement of apple juice extraction

The effect of monopolar and bipolar shaped pulses in additional yield of apple juice extraction is evaluated. The applied electric field strength, pulsewidth, and number of pulses are assessed for both pulse types, and divergences are analyzed. Variation of electric field strength is ranged from 100 to 1300 V/cm, pulsewidth from 20 to 300 mu s, and the number of pulses from 10 to 200, at a frequency of 200 Hz. Two pulse trains separated by 1 s are applied to apple cubes. Results are plotted against reference untreated samples for all assays. Specific energy consumption is calculated for each experiment as well as qualitative indicators for apple juice of total soluble dry matter and absorbance at 390-nm wavelength. Bipolar pulses demonstrated higher efficiency, and specific energetic consumption has a threshold where higher inputs of energy do not result in higher juice extraction when electric field variation is applied. Total soluble dry matter and absorbance results do not illustrate significant differences between application of monopolar and bipolar pulses, but all values are inside the limits proposed for apple juice intended for human consumption.

Diagnóstico Energético e proposta de melhorias numa unidade de Produção de Peças de Borracha

O consumo de energia de forma irracional acarreta desvantagens a nível económico para o consumidor e problemas ambientais para toda a sociedade, como a escassez de recursos naturais e o aumento da poluição. Neste contexto, a otimização energética na indústria, e em particular no setor das borrachas, é indispensável de forma a utilizar racionalmente a energia e assim contribuir para a viabilidade das empresas. Este trabalho, efetuado na Flexocol - Fábrica de Artefactos de Borracha, Lda., teve como principal objetivo efetuar um levantamento energético à unidade fabril e propor alternativas que permitissem a redução do consumo de energia elétrica. Foi ainda realizado um estudo sobre a possibilidade de substituir o n-hexano, solvente utilizado na limpeza dos moldes, por um solvente mais adequado. O levantamento energético efetuado permitiu identificar o consumo das utilidades existentes na Flexocol. Esta empresa consome gasóleo e energia elétrica, sendo esta última, a forma de energia mais consumida correspondendo a 96%. O consumo global de energia é cerca 151 tep anuais, inferior a 500 tep/ano, ou seja é considerada uma empresa não consumidora intensiva de energia. Com base neste levantamento determinou-se os indicadores de consumo específico de energia e da intensidade carbónica, 2,73 tep/ ton e 1684,5 kg CO2/tep. A análise do consumo de energia elétrica dos diferentes equipamentos permitiu verificar que o setor que mais consome energia elétrica é a Vulcanização com 45,8%, seguido do setor da Mistura e Serralharia com 27,5% e 26,7%, respetivamente. O sistema de iluminação nos vários setores foi também alvo de estudo e permitiu identificar a Vulcanização como o setor com mais consumo e o da Mistura como o que menos consome. O estudo das variáveis anteriormente referidas permitiu apresentar algumas propostas de melhoria. Uma das propostas analisada foi implementação de condensadores no quadro parcial de forma a diminuir a energia reativa. Com esta medida prevê-se uma poupança de 5631 €/ano e um retorno de investimento de 0,045 anos. Foi também analisada relativamente à iluminação a possibilidade de instalação de balastros eletrónicos que conduziria a uma poupança na energia elétrica de cerca 7072 kWh/ano, mas com um retorno de investimento desfavorável. Por último estudou-se o solvente alternativo ao n-hexano. A acetona foi o solvente proposto uma vez que tem as propriedades indicadas para o fim a que se destina.

Impacto do funcionamento do sistema AVAC nos Consumos Específicos de Energia no fabrico de Massas

O estágio descrito por este relatório efetuou-se na fábrica Massas 1 da empresa Cerealis Produtos Alimentares S.A., situada em Águas Santas e teve como principal objetivo o estudo do impacto energético da instalação de um sistema de Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado (AVAC) nos Consumos Específicos de Energia (CEE) da fábrica. Com o intuito de promover a familiarização com o ambiente da empresa e com o próprio processo produtivo efetuaram-se várias visitas à fábrica Massas 1. Acompanhou-se a produção diária realizada e o funcionamento do equipamento, e pôde-se questionar os colaboradores da fábrica sobre o processo. Ao longo do tempo de estágio recolheram-se vários dados, nomeadamente valores de temperatura e de humidade relativa do ar da fábrica, consumos de energia elétrica e de gás natural, volumes de produção e dados relativos à qualidade da massa. Relativamente ao CEE, fez-se uma comparação entre quatro meses abrangidos pelo presente trabalho, nos quais o novo sistema AVAC já se encontrava em funcionamento, e os meses homólogos do ano anterior. Confrontando os valores obtidos verificou-se uma diminuição de 2,6% no valor global de CEE, apresentando este um valor de 82,51 kgep/ton até ao mês de Setembro do presente ano. Analisando os valores de CEE da energia elétrica e do gás natural separadamente, constatou-se igualmente uma diminuição dos seus valores em 1,4% e 4,2%, respetivamente. Efetuou-se também uma comparação entre o antigo e o novo sistema AVAC no que respeita às condições de temperatura e de humidade do ar interior da fábrica. Para isso efetuaram-se medições de temperatura e de humidade relativa do ar interior da fábrica, tendo-se concluído que após a instalação do novo AVAC ocorreu uma diminuição da temperatura e um aumento da humidade relativa do ar, tal como desejado. Antes da instalação do novo AVAC a gama de temperaturas no interior da fábrica era de 32,4°C a 39,7°C e a gama de humidades de 39,7% a 58,6%. Já depois da instalação, a gama de temperaturas e de humidades passou a ser de 26,6°C a 33,5°C e de 45,8% a 59,1%, respetivamente Realizou-se ainda uma comparação relativa à qualidade do produto final, tendose para isso analisado ensaios de cozedura e de teor de humidade. Desta comparação, concluiu-se que de uma forma geral houve um aumento dos teores de humidade dos diferentes tipos de massa, encontrando-se agora uma maior percentagem dentro da gama de valores pretendida que se situa entre os 11,5% e os 12,5%.

Hiomon AI-järjestelmän toimivuuden arviointi

Työn tavoitteena oli uudentyyppisen hiontaprosessin ohjausjärjestelmän kehittäminen ja testaaminen UPM-Kymmene Kaukaan hiomossa. Uuden ohjausjärjestelmän perusajatuksena oli pitää yksittäistä hiomakiveä jatkuvasti optimaalisessa toimintapisteessä, ja hiomon kaikilla koneilla pyrittiin samaan kivenalusmassan laatuun. Uutta ohjaustapaa kutsuttiin Optimum operating point -strategiaksi (OOPS). Hiomakiven pitäminen optimaalisessa toimintapisteessä tapahtui pääosin vesiteräyskäsittelyllä, jonka intensiteettiä ohjasi asiantuntijajärjestelmä (AI-järjestelmä). Lisäksi testattiin ohjelmoidun anturan nopeussäädön vaikutusta hiomakoneen resurssien käyttöön. AI-järjestelmä päätteli vesiteräyskäsittelyn tarpeellisuuden CSF-mallin ja hiomakoneen resurssien perusteella. Seurannasta saatujen tulosten perusteella AI-järjestelmän käyttöönotto vesiteräyskäsittelyssä paransi tuotannon ja massan laadun tasaisuutta. Hiomakoneiden resurssien havaittiin pienenevän puunsyöttölinjan mukaisesti. Paksummat pöllit kerääntyvät linjan päähän, jolloin varsinkin hydrauliikkapaineiden tarve lisääntyy linjan päässä olevilla hiomakoneilla. Hiomakoneen resurssit saatiin paremmin käyttöön kuormittamalla konetta ohjelmoidulla anturan nopeussäädöllä (ONS) kuin vakioidulla anturan nopeussäädöllä (VNS). Kuitenkin hydraulipaineresurssien puutteellisuus rajoitti koeajon aikana ONS:n toimintaa. Resursseja ei optimoitu koeajon aikana, koska kiven pinnan haluttiin pysyvän mahdollisimman stabiilina. Kivelle ei suoritettu mekaanista käsittelyä, vaikka kivenpinnan massan kuljetuskapasiteetin havaittiin olevan huono. AI-järjestelmä otettiin ohjaamaan vesiteräyskäsittelyä vasta ONS - VNS -koeajon jälkeen. Mekaanisen rullateräyksen jälkeen massan ominaisuudet muuttuivat, koska kiven pinnan terävät särmät katkoivat kuituja alentaen massan sitoutumiskykyä. Heti rullakäsittelyn jälkeen mitattu CSF saattoi jopa alentua huomattavasti, mutta AI-järjestelmän laskema CSF nousi selvästi indikoiden energian ominaiskulutuksen (EOK) laskua. Muutaman päivän hionnan jälkeen mitattu ja laskettu CSF saavuttivat saman tason.

Paperinvalmistuslinjan energiankulutuksen mittaaminen paperitehtaassa

Tämän diplomityön tarkoituksena on selvittää paperinvalmistuslinjan energiankulutusmittaus paperitehtaalla ja kehittää sen perusteella mittausmenetelmä. Tavoitteena on tutkia ja ohjeistaa mittaustapahtuma, kun apuna käytetään prosessimittauksia. Diplomityön teoriaosassa käsitellään paperinvalmistuslinjaa ja sen osaprosesseja sekä paperitehtaan prosessiohjausjärjestelmiä. Lisäksi työssä kerrotaan kirjallisuudesta löytyvistä paperitehtaan energiankulutusmittauksista, taseiden soveltamisesta paperinvalmistuslinjaan, osaprosessien energiankulutuskohteista ja energiakäytön arvioinnista. Näiden tietojen perusteella kehitetään mittausmenetelmä, joka soveltuu normaalituotannossa oleviin LWC-, SC-, sanomalehti-, kartonki- ja hienopaperinvalmistuslinjoihin sekä näiden osaprosesseille. Kehitettyä mittausmenetelmää testattiin case-tapauksiin ja kokemuksia kirjattiin ylös. Mittausmenetelmän suurin rajoite on prosessin paperitehdaskohtaisuus. Menetelmästä rajataan pois ilmanvaihto-, lämminvesi- ja jäähdytysvesijärjestelmien energiavirrat, koska näistä ei yleensä ole riittävästi mittauksia. LTO:ssa poistoilmasta talteen otettu energiavirta kuitenkin otetaan huomioon. Se vähentää korvausilman lämmittämiseen tarvittavaa energiaa. Diplomityössä selvisi, että paperivalmistuslinjan energiankulutusmittaus voidaan tehdä kustannustehokkaasti ja kattavasti hyödyntäen olemassa olevia prosessimittauksia. Mittaustuloksista on mahdollista laskea ominaisenergiankulutus, jota voidaan verrata toisiin linjoihin kun mittauksissa otetaan huomioon prosessin parametrit, mittalaitteiden mittausalue, ajankohta, mittapisteiden määrä ja sijainti.

Painehiomon tuotantokapasiteetin lisäyksen vaikutus painehiokkeen laatuominaisuuksiin

Diplomityön keskeisenä tavoitteena oli selvittää painehiomon tuotantokapasiteetin lisäyksen vaikutus painehiokkeen laatuominaisuuksiin. Tarkasteltavina painehiomon tuotanto-kapasiteettiin vaikuttavina tekijöinä olivat painehiomakoneen suihkuveden lämpötilan lasku sekä uuden rejektijauhimen käyttöönotto. Painehiomakoneen suihkuveden lämpötilan lasku 95 ºC:sta 70 ºC:een toteutettiin kahden viikon mittaisena koeajona. Tarkoituksena oli selvittää painehiontaprosessissa ja painehiokkeen sekä paperin laadussa tapahtuva muutos. PGW70-koeajolla saavutettiin mahdollisuus nostaa tuotantonopeutta hiomakivillä silti kuormittamatta liiaksi lajittelua ja rejektinkäsittelyä. Tarkasteltaessa painehiokkeen laatua PGW70-koeajossa kiteytyi tapahtunut laatumuutos lyhentyneestä kuidun pituudesta aiheutu-neeksi. Havaittiin, että alentamalla hiontalämpötilaa on mahdollista saavuttaa paremmat painehiokkeen pinta- ja optiset ominaisuudet lujuusominaisuuksien heiketessä hieman. Rejektijauhimen käyttöönottoon liittyvien tarkasteluiden tavoitteena oli selvittää uuden rejektijauhimen käyttöönoton myötä painehiokkeessa mahdollisesti tapahtuva laatumuutos. Lisäksi haluttiin tarkastella jauhetun rejektin laatuominaisuuksia rejektijauhimen energian ominaiskulutuksen eri tasoilla ja mahdollisuutta siirtää kuidutuksen painopistettä hiomakiviltä rejektijauhatukseen nostamalla kivenalusfreenestä. Varsinaisessa rejektijauhimen käyttöönottovaiheessa ei painehiokkeen laatumuutosta ollut havaittavissa. Rejektijauhimen kuormituskoeajossa ajettiin rejektijauhimella 2 koesarjaa, matalalla ja korkealla kivenalusfreeneksellä, kasvattaen rejektijauhimen EOK:a. Lisä-muuttujaksi koeajossa muodostui tahattomasti jauhatussakeus. Koejossa paras kuidun muokkau-tuvuus saavutettiin alhaisemmalla kivenalusfreeneksellä (130-140 ml) ja jauhatussakeudella (alle 40 %) korkeimmalla saavutetulla EOK:lla eli 0,80 MWh/t. Korkealla kivenalusfreeneksellä ja jauhatussakeudella tapahtunut jauhatus osoittautui kuituja katkovaksi. Karkeaan painehiokerejektiin tulisi kohdistaa huomattavasti enemmän jauhatusenergiaa kuin koeajossa oli mahdollista. Ongelmaksi siis muodostui rejektijauhimen heikko kuormitettavuus, jota tulee parantaa esimerkiksi terävalinnoin.

Energiankäytön kartoitus Lappeenrannan sementtitehtaalla.

Diplomityön tavoitteena oli kartoittaa Finnsementti Oy:n Lappeenrannan sementtitehtaan energiankäyttöä ja etsiä potentiaalisia energiansäästökohteita. Diplomityö liittyy Kauppa- ja teollisuusministeriön ja Teollisuuden ja Työnantajain Keskusliiton väliseen teollisuuden energiankäytön tehostamiseen tähtäävään puitesopimukseen, johon Finnsementti Oy on liittynyt. Diplomityön teoriaosassa tutustutaan sementin kemiaan raaka-aineista valmiisiin tuotteisiin. Lisäksi kartoitetaan sementtiteollisuuden energiansäästömahdollisuuksia laite-hankintojen ja prosessin optimointinnin kannalta. Työssä tutustutaan sementin-valmistuksessa käytettäviin laitteistoihin ja selvitetään niiden teknistä kehitystä ja energiaasäästäviä ratkaisuja. Kokeellinen osuus alkaa yksityiskohtaisella kuvauksella Lappeenrannan sementtitehtaan valmistusprosessista. Kokeellisessa osassa tutustutaan tehtaan energiankulutukseen sähkön ja polttoaineen muodossa. Lisäksi käsitellään paineilmaa ja vettä. Sähkön osalta kokeellinen osa sisältää sähkönkulutuksen historian ja sähkönjakeluverkon selvityksen lisäksi tehtaalla käytössä olevien luokittimien tehokkuustarkasteluita sähkönkulutuksen kannalta. Polttoaineen osalta diplomityö sisältää sementtiuunien energiataseiden mittaukset ja tulosten laskemisen sekä Excel-pohjaisen menetelmän kehittämisen energiataseiden laskemiseksi tulevaisuudessa. Paineilman ja veden osalta selvitetään niiden kulutusta tehtaalla ja lasketaan paineilmalle teoreettinen ominaissähkönkulutus. Luokittimien tehokkuustarkastelujen osalta havaittiin raakamyllyn luokittimen erottelu-terävyyden olevan huono verrattuna nykyaikaisiin korkeatehokkuusluokittimiin. Sementtimyllyjen luokittimien toiminnasta ei havaittu merkittäviä ongelmia. Energia-taseiden tuloksina havaittiin Lappeenrannan sementtitehtaan sementtiuunien edustavan vanhentunutta sementinvalmistustekniikkaa. Molempien uunien savukaasukanavien vuotoilmojen määrien havaittiin olevan suuret. Energiataloutta pystyttäisiin parantamaan mm. uusilla polttimilla, jolloin lämmittämättömän ensiöilman osuutta saataisiin pienentymään ja polttoaineen polttoa tehostumaan. Paineilman suhteen havaittiin kuumailman paineenalennuksen aiheuttavan turhia energiahäviöitä.