Aplicação de um método híbrido de pontos interiores e branch-and-bound em problemas de minimização de custo de colheita da cana-de-açúcar

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Métodos híbridos de pontos interiores e de programação inteira 0-1 para problemas de custo de colheita da cana-de-açúcar e de custo de coleta e geração de energia relacionados à sua biomassa

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEB

Modelo matemático para determinação do custo e produção de energia na cultura da cana-de-açúcar

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Location-routing problems of semi-obnoxious facilities: approaches and decision support

A presente tese resulta de um trabalho de investigação cujo objectivo se centrou no problema de localização-distribuição (PLD) que pretende abordar, de forma integrada, duas actividades logísticas intimamente relacionadas: a localização de equipamentos e a distribuição de produtos. O PLD, nomeadamente a sua modelação matemática, tem sido estudado na literatura, dando origem a diversas aproximações que resultam de diferentes cenários reais. Importa portanto agrupar as diferentes variantes por forma a facilitar e potenciar a sua investigação. Após fazer uma revisão e propor uma taxonomia dos modelos de localização-distribuição, este trabalho foca-se na resolução de alguns modelos considerados como mais representativos. É feita assim a análise de dois dos PLDs mais básicos (os problema capacitados com procura nos nós e nos arcos), sendo apresentadas, para ambos, propostas de resolução. Posteriormente, é abordada a localização-distribuição de serviços semiobnóxios. Este tipo de serviços, ainda que seja necessário e indispensável para o público em geral, dada a sua natureza, exerce um efeito desagradável sobre as comunidades contíguas. Assim, aos critérios tipicamente utilizados na tomada de decisão sobre a localização destes serviços (habitualmente a minimização de custo) é necessário adicionar preocupações que reflectem a manutenção da qualidade de vida das regiões que sofrem o impacto do resultado da referida decisão. A abordagem da localização-distribuição de serviços semiobnóxios requer portanto uma análise multi-objectivo. Esta análise pode ser feita com recurso a dois métodos distintos: não interactivos e interactivos. Ambos são abordados nesta tese, com novas propostas, sendo o método interactivo proposto aplicável a outros problemas de programação inteira mista multi-objectivo. Por último, é desenvolvida uma ferramenta de apoio à decisão para os problemas abordados nesta tese, sendo apresentada a metodologia adoptada e as suas principais funcionalidades. A ferramenta desenvolvida tem grandes preocupações com a interface de utilizador, visto ser direccionada para decisores que tipicamente não têm conhecimentos sobre os modelos matemáticos subjacentes a este tipo de problemas.

Otimização do controle da drenagem em macrobacias urbanas

A urbanização descontrolada das cidades brasileiras tem provocado o agravamento das enchentes naturais e a ampliação de sua freqüência, além de criar novos pontos de alagamento localizados. Isto se deve à crescente impermeabilização do solo com aumento do volume pluvial escoado e redução de amortecimento. A concepção de um projeto de macrodrenagem em uma bacia urbana que considere o controle das inundações, como por exemplo, a implementação de reservatórios de amortecimento em áreas sujeitas a alagamentos, constitui-se em uma tarefa complexa e difícil devido ao grande número de alternativas possíveis, considerando todas as variáveis envolvidas, como capacidades hidráulicas existentes e necessárias das redes de drenagem, disponibilidade de áreas para construção de reservatórios, custos de desapropriação destas áreas, existência de sistemas mistos de coleta, uso de reservatórios abertos ou subterrâneos, dentre outras. Desta forma o projetista coloca-se diante de um dilema: qual o conjunto destas alternativas podem ser o mais eficiente? Este estudo promoveu a análise da aplicabilidade e eficiência de um modelo de otimização associado a modelos hidrológico-hidráulicos como instrumentos de suporte à decisão em problemas de drenagem urbana. A ferramenta desenvolvida compôs-se pelo modelo IPHS1 para a simulação hidrológica e hidráulica, pelo algoritmo de evolução SCE-UA para o processo de otimização através da minimização do custo de implantação das soluções e do módulo EXTRAN do modelo SWMM para a verificação hidráulica dos resultados obtidos e análises de riscos superiores. Os resultados mostraram-se bons e o sistema implementado adaptou-se bem às características das duas bacias analisadas: bacia do arroio do Moinho e bacia do arroio da Areia. O sistema forneceu os cenários de custos otimizados de implantação da solução com detenções distribuídas nas bacias e ampliações de redes, em um curto período de tempo e utilizando dados que seriam necessários para qualquer projeto de macrodrenagem deste tipo. Com os resultados compilados, foram obtidas funções de auxílio à tomada de decisão em planos e projetos de drenagem urbana através de curvas ajustadas aos pontos gerados nas bacias estudadas. Foi realizada a análise de sensibilidade e a avaliação das incertezas envolvidas com o modelo hidrológico utilizado com relação ao seu parâmetro principal, o Curve Number. Esta análise mostrou grandes variações nas vazões de saída das bacias e nos custos das obras com pequenas alterações nos valores de CN. Apresenta-se ainda uma análise econômica da aplicação dos valores obtidos de forma extrapolada para todo o município de Porto Alegre.

Planejamento da expansão de sistemas de transmissão usando a metaheurística de busca em vizinhança variável

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

DESIGN OF MICROIRRIGATION SYSTEMS IN SLOPING LANDS USING LINEAR PROGRAMMING

Quando a área a ser irrigada apresenta um elevado gradiente de declive na direção das linhas de derivação, uma opção de dimensionamento é o uso de tubulações com vários diâmetros para economizar no custo e também para manter a variação de pressão dentro dos limites desejados. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um modelo de programação linear para dimensionar sistemas de irrigação por microaspersão com linhas de derivação com mais de um diâmetro e operando em declive, visando a minimização do custo anualizado da rede hidráulica e do custo anual com energia elétrica, além de assegurar que a máxima variação de carga hidráulica na linha será respeitada. Os dados de entrada são: configuração da rede hidráulica do sistema de irrigação, custo de todos os componentes da rede hidráulica e custo da energia. Os dados de saída são: custo anual total, diâmetro da tubulação em cada linha do sistema, carga hidráulica em cada ponto de derivação e altura manométrica total. Para ilustrar a potencialidade do modelo desenvolvido, ele foi aplicado em um pomar de citros no Estado de São Paulo, Brasil. O modelo demonstrou ser eficiente no dimensionamento do sistema de irrigação quanto à obtenção da uniformidade de emissão desejada. O custo anual com bombeamento deve ser considerado no dimensionamento de sistemas de irrigação por microaspersão porque ele gera menores valores de custo anual total quando comparado com a mesma alternativa que não considera aquele custo.

Reconfiguração de sistemas de distribuição operando em vários níveis de demanda através de uma meta-heurística de busca em vizinhança variável

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Metodologia de otimização para o dimensionamento de reservatórios de águas pluviais

This work aimed to develop an optimization methodology for reservoir sizing in rainwater harvesting systems in order to increase the economic viability of projects in this area. For this, concepts of Operations Research were used so as to develop mathematical programming problems related to minimizing the life cycle cost and maximizing efficiency. The results obtained for different sizing methods were presented based on a case study, emphasizing the importance of tools that are able to provide a more accurate analysis and tend to significantly increase the economic viability of rainwater harvesting systems.

Economic optimization method to design telescope irrigation of multiples outlets

In this study is presented an economic optimization method to design telescope irrigation laterals (multidiameter) with regular spaced outlets. The proposed analytical hydraulic solution was validated by means of a pipeline composed of three different diameters. The minimum acquisition cost of the telescope pipeline was determined by an ideal arrangement of lengths and respective diameters for each one of the three segments. The mathematical optimization method based on the Lagrange multipliers provides a strategy for finding the maximum or minimum of a function subject to certain constraints. In this case, the objective function describes the acquisition cost of pipes, and the constraints are determined from hydraulic parameters as length of irrigation laterals and total head loss permitted. The developed analytical solution provides the ideal combination of each pipe segment length and respective diameter, resulting in a decreased of the acquisition cost.

Planejamento de sistemas de distribuição de energia elétrica considerando questões de confiabilidade e risco

O problema de Planejamento da Expansão de Sistemas de Distribuição (PESD) visa determinar diretrizes para a expansão da rede considerando a crescente demanda dos consumidores. Nesse contexto, as empresas distribuidoras de energia elétrica têm o papel de propor ações no sistema de distribuição com o intuito de adequar o fornecimento da energia aos padrões exigidos pelos órgãos reguladores. Tradicionalmente considera-se apenas a minimização do custo global de investimento de planos de expansão, negligenciando-se questões de confiabilidade e robustez do sistema. Como consequência, os planos de expansão obtidos levam o sistema de distribuição a configurações que são vulneráveis a elevados cortes de carga na ocorrência de contingências na rede. Este trabalho busca a elaboração de uma metodologia para inserir questões de confiabilidade e risco ao problema PESD tradicional, com o intuito de escolher planos de expansão que maximizem a robustez da rede e, consequentemente, atenuar os danos causados pelas contingências no sistema. Formulou-se um modelo multiobjetivo do problema PESD em que se minimizam dois objetivos: o custo global (que incorpora custo de investimento, custo de manutenção, custo de operação e custo de produção de energia) e o risco de implantação de planos de expansão. Para ambos os objetivos, são formulados modelos lineares inteiros mistos que são resolvidos utilizando o solver CPLEX através do software GAMS. Para administrar a busca por soluções ótimas, optou-se por programar em linguagem C++ dois Algoritmos Evolutivos: Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-2 (NSGA2) e Strength Pareto Evolutionary Algorithm-2 (SPEA2). Esses algoritmos mostraram-se eficazes nessa busca, o que foi constatado através de simulações do planejamento da expansão de dois sistemas testes adaptados da literatura. O conjunto de soluções encontradas nas simulações contém planos de expansão com diferentes níveis de custo global e de risco de implantação, destacando a diversidade das soluções propostas. Algumas dessas topologias são ilustradas para se evidenciar suas diferenças.

Estudo e proposta de algoritmo para a minimização do corte de eólica no contexto de uma análise custo-benefício multicritério

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Energia

Minimização de funções de custos descontínuas

Nesta tese mostramos que uma função de custo contínua e uma tecnologia uniproduto, convexa, monôtona não-crescente e regular implicam que a função de custo mínimo é semicontínua superior em relação ao produto e que a demanda por insumos é fechada. Se a imagem da tecnologia for compacta então a função de custo mínimo é contínua e a demanda por insumos é hemicontínua superior e valor-compacto em relação ao produto. Se a tecnologia possuir a propriedade de ser localmente não-disjunta então a função de custo mínimo é contínua e a demanda por insumos é hemicontínua superior e valorcompacto em relação ao produto. Se a função de custo for monôtona não-decrescente, semicontínua inferior em relação aos contornos inferiores e a tecnologia for uniproduto, convexa, monótona não-crescente, regular, fechada com imagem compacta então a função de custo mínimo é semicontínua inferior em relação ao produto e a demanda ampliada por insumos é hemicontínua superior e valor-compacto em relação ao produto. Se a tecnologia possuir a propriedade de ser localmente não-disjunta então o mesmo resultado é válido. Introduzimos as noções de função monótona não-decrescente e semicontínua inferior em relação aos contornos num espaço topológico ordenado, de correspondência localmente não-disjunta e de demanda ampliada. Mostramos que funções com a propriedade anterior são semicontínuas inferiores e que correspondências convexas localmente não-disjuntas são hemicontínuas inferiores.

A Fruticultura Irrigada de pequenos produtores no Baixo-Açu: Uma análise da eficiência de custo

This work has as an objective analyze the efficiency of producers costs of the irrigation Project Baixo-Açu , and identify the determining factors of this efficiency. To achieve these targets it was estimated, in a first stage, a frontier of costs by the method, non parametric of Data Envelopment Analysis-DEA, and measured the stakes of efficiency producers. On the second stage, it was utilized the Tobit regression pattern, estimating an inefficiency function of costs, and were indentified the associated factors of resources waste. Among the results found it was noticed the existence of a high waste of resources, that represent more than 54% of effective cost. Among the factors with the highest wastes are: energy, herbicides, defensives and chemical fertilizers. In a general way, the producers presented low efficiency level and, only, two, of seventy-five researched, achieved the frontier of costs minimization. These results reveal, in a certain way, that the producers in irrigated fruit growing in the project Baixo-Açu don t seek to minimize the production costs. It was still noticed, that the reduction of resources waste, and this way the inefficiency of costs, is associated with the agriculturalist education, his experience in agriculture, his access to the technical assistance and credit

Diabete e gravidez: estudo prospectivo do custo benefício da hospilização comparado com atenção ambulatorial

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)