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Aplicação de algoritmos genéticos em operação de redes de distribuição de água com o uso de softwares R e EPANET visando ao controle de perdas de água – estudo em uma rede teórica
Get PDFThe disorderly use of water resources leads them to depletion, resulting in the emergence of environmental and social issues. Thus, a relevant aspect to be observed in water supply systems are the losses that occur throughout the operating process of the system. However, the largest water losses are in the distribution networks, which lead water to homes, businesses and industries. This fact causes financial losses and mainly natural losses. The concern that the theme brings is relevant to the use of measures that allow its reduction. For this, the use of computer simulations of networks is intended to study their behavior, especially to identify areas prone to water loss. Thus, it was developed, in the present study, methodology of operation of water distribution network, using two methods: genetic algorithms and random search, aiming at the optimization of the system through the optimization of network pressures and thus the reduction of losses. The parameters of the theoretical study network were changed, such as: reservoir level, roughness, diameter, demand, pumps and pressure reducing valves simultaneously, using the tools R and EPANET. The loss reduction found with the simulation using the Genetic Algorithm was 15.75%. In the random simulation, the loss reduction found was 9.79%. In addition, the values of pressures found in the optimal generation, presented by the genetic algorithm, were much better than that of the random, because the high pressures that the network presented before the simulation were below 50 m.c.a. Thus, the simulation of the study network on the use of the genetic algorithm method was much better, with optimized loss and pressure values.O uso desordenado dos recursos hídricos os leva ao esgotamento, resultando no surgimento de questões ambientais e sociais. Com isso, um aspecto relevante a ser observado nos sistemas de abastecimento de água são as perdas que ocorrem durante todo o processo operacional do sistema. Contudo, as maiores perdas de água estão nas redes de distribuição, que conduzem a água para residências, comércios e indústrias. Esse fato ocasiona perdas financeiras e principalmente perdas naturais. A preocupação que o tema traz é relevante à utilização medidas que permitam sua redução. Para isso, a utilização das simulações computacionais das redes tem o intuito de estudar seu comportamento, principalmente de identificar áreas propensas a perdas de água. Assim, desenvolveu-se, no presente estudo, metodologia de operação de rede de distribuição de água, utilizando de dois métodos: os algoritmos genéticos e a busca aleatória, visando à otimização do sistema por meio da otimização das pressões da rede e com isso, a redução das perdas. Foram alterados os parâmetros da rede teórica de estudo, como: nível do reservatório, rugosidade, diâmetro, demanda, bombas e as válvulas redutoras de pressão simultaneamente, utilizando das ferramentas R e EPANET. A redução de perda encontrada com a simulação por meio da utilização do Algoritmo Genético foi de 15,75%. Na simulação aleatória, a redução da perda encontrada foi de 9,79%. Além disso, os valores de pressões encontrados na geração ótima, apresentada pelo algoritmo genético, foram muito melhores que do aleatório, pois as pressões elevadas que a rede apresentava antes da simulação ficaram inferiores a 50 m.c.a. Assim, a simulação da rede de estudo sobre a utilização do método do algoritmo genético se mostrou muito melhor, com valores de perdas e pressão otimizados
Teoria do portfólio aplicada a pequenas centrais hidrelétricas
Get PDFThe "Portfolio Theory" has been largely employed on stock markets, aiming to
improve the relation between risk and return. This theory identifies many possible
investment combinations once it's associated with the idea that increasing investment
diversification can lower risk. The objective is, thus identify the portfolio that offers the
most efficient diversification of capital.
The reforms on the energy sector in Brazil have made investments on both
generation and commercialization of electric energy easier for medium sized investors.
There have been economic incentives to the exploration of wind and bio-mass energy, and
to the construction of small hydro-electric power plants (in Portuguese, PCH), as well as
many legal and regulatory mechanisms pursuing the maintenance of elevate rates of
participation of renewable source in the production of electrical energy in Brazil. Between
these options, the PCH are a specially good opportunity taking account of its minimum
environment impact, low operational costs and total technologic control.
The decision concerning investment options has been based on standard economic
analysis like "Net Present Value", "Payback Time" or "Cost/Benefit Relations". Other
techniques such as scenario and sensitivity have been incorporated and, more recently,
there has been a search for other methods consider the uncertainty of happenings within the
horizon of study.
This dissertation will analyse six possibilities of PCH with standard techniques. Of
them, the four possibilities considered viable will constitute our examples for the
application of Portfolio Theory techniques. Once the active portfolio is determined, the
best option is identified using the “mean-variance efficient” developed by Markowitz,
concluding that the theory can give better support to the decision-making in future
enterprises on the electric sector.
After considering the optimal return/risk combinations, there was a change on the
hierarchy concerning the best options between the four possibilities. When confronted with
other correlation coefficients (statistical measures of how two return move together), huge
influence on the results were observed again. Therefore, the necessity of risk and
uncertainty analysis, and option for diversified portfolios is confirmed, however, this
doesn't mean that standard economics methods should be abandoned.A “teoria do portfólio” tem sido muito empregada no mercado de ações, em
aplicações realizadas nas bolsas de valores, visando maximizar a relação entre retorno e
risco. Esta teoria identifica várias combinações possíveis de investimento, pois está
associada à idéia de que a diversificação das aplicações conduz à redução dos riscos. Tem
por objetivo identificar aquele portfólio, ou “carteira de investimentos” que represente a
aplicação mais eficiente do capital.
As reformas que vêm acontecendo no setor elétrico brasileiro facilitam a
participação do médio investidor tanto na geração como na comercialização da energia
elétrica. Tem havido incentivos econômicos para a energia eólica, biomassa e Pequenas
Centrais Hidrelétricas (PCH), além de uma série de mecanismos legais e regulatórios
visando manter a elevada participação das fontes renováveis na produção de energia
elétrica no Brasil. As PCH em especial se constituem em ótima oportunidade de negócio
face ao pequeno impacto ambiental, baixo custo operacional e completo domínio
tecnológico.
A decisão quanto a opções de investimento tem sido baseada em análises
econômicas convencionais como Valor Presente Líquido, Tempo de Retorno do
Investimento ou relação entre benefício e custos. Outras técnicas como análises de cenário
e de sensibilidade têm sido incorporadas, e mais recentemente tem-se buscado outros
métodos que considerem as incertezas que podem acontecer dentro do horizonte de estudo.
Neste trabalho seis centrais são estudadas de modo convencional e as quatro PCH
consideradas economicamente viáveis constituem um estudo de caso para a aplicação da
teoria do portfólio. Determinadas as combinações das carteiras de ativos, é identificada a
opção mais viável através do critério média-variância desenvolvido por Markowitz,
concluindo-se que esta teoria pode ser aplicada dando melhor suporte às decisões relativas
a empreendimentos de geração de energia.
Após otimização desde o ponto de vista retorno/risco, quando realizada a
hierarquização dos empreendimentos verifica-se que há mudança de posições.
Experimentados outros fatores de correlação entre os retornos dos ativos há grande
influência nos resultados, conduzindo a nova alteração na classificação das carteiras. Deste
modo confirma-se a necessidade da análise das incertezas e riscos, e a opção por carteiras
XIV
diversificadas, não significando entretanto que os métodos convencionais devam ser
abandonados
Proposta de indicadores para um sistema de gestão de qualidade
Get PDFThe following work will present a proposal of indicators of acting of results of the quality
through a rising of data that will define 3 key groups of indicators: customer relationship SGQ
practices, plant performance. These groups were divided at indicators which were composite
for control items developed by lifted up verification points in the company in study. This
proposal will allow the evaluation and verification of the true situation of the system of the
quality of this company, as well as the verification of the relationship among the 3 groups of
key. indicatorsO seguinte trabalho apresentará uma proposta de indicadores de desempenho de resultados da
qualidade através de um levantamento de dados que irá definir 3 grupos chave de
indicadores: relação com o cliente, práticas de SGeQ e desempenho da organização. Estes
grupos foram divididos em indicadores os quais foram compostos por itens de controle os
quais por sua vez foram desenvolvidos por pontos de verificação no SGeQ da empresa em
estudo. Esta proposta permitirá a avaliação e verificação da verdadeira situação do sistema
da qualidade desta empresa, assim como a verificação da relação entre os 3 grupos de
indicadores chave
Solução do problema de fluxo de potência no plano complexo via métodos de gradientes conjugados
No full textThe technical literature in numerical analysis offers several alternatives of iterative methods
for the solution of nonlinear optimization problems applied to the energy industry. However,
when it comes to iterative methods applied to nonlinear power flow, the Newton-Raphson
iterative method and its variations are practically unanimity. The work proposal of this master’s
thesis aims to investigate the performance of nonlinear Complex Bi-Conjugate Gradient
Methods (CBiCG) in their application to power flow problems, in comparison with the classical
formulation, using the Newton- Raphson in polar coordinates in the domain of real numbers.
These methods, however, were implemented in the complex domain through the use of the
Generalized Wirtinger calculus and the extension of Taylor series to the complex domain. The
main motivations for this approach are that the conjugate gradient methods are first order and
do not require factoring the Jacobian matrix as is done in the traditional Newton-Raphson
method, thus reducing the computational effort required to obtain the solution. In addition,
in view of the current computational complexity, there has been a tendency for processor architecture
to incorporate SIMD (Single Instruction, Multiple Data), which refers to a set of
operations for efficiently handling a large amount of data in parallel, using a vector or matrix
processor, suitable for the algebra of complex numbers.A literatura técnica em análise numérica oferta várias alternativas de métodos iterativos
para a solução de problemas de otimização não linear aplicados à indústria do setor de energia.
No entanto, em se tratando de métodos iterativos aplicados ao fluxo de potência não linear,
o método iterativo de Newton-Raphson e suas variações são praticamente unanimidade. A
proposta de trabalho desta dissertação de mestrado tem por objetivo investigar o desempenho
dos Métodos de gradientes Bi-Conjugados Complexos (CBiCG) não lineares em sua aplicação à
problemas de fluxo de potência, em comparação com a formulação clássica, utilizando o método
de Newton-Raphson em coordenadas polares no domínio dos números reais. Estes métodos, no
entanto, foram implementados no domínio complexo por meio do uso do cálculo de Wirtinger
Generalizado e a extensão das séries de Taylor ao domínio complexo. Como principais motiva
ções para essa abordagem tem-se que os métodos de gradiente conjugado são de primeira
ordem e não necessitam da fatoração da matriz jacobiana como se faz no tradicional método
de Newton-Raphson, reduzindo desta forma o esforço computacional necessário para se obter
a solução iterativa, além disso, em vista da complexidade computacional atual, tem-se notado
uma tendência que a arquitetura dos processadores incorporem a SIMD (Single Instruction,
Multiple Data), que refere-se a um conjunto de operações para manipulação eficiente de uma
grande quantidade de dados em paralelo, usando um processador vetorial ou matricial, adequados
à álgebra de números complexos
Simulação fluidodinâmica em ANSYS - CFD da combustão dual-fuel em motores de ignição por compressão utilizando diesel renovável (HVO) com biogás
Get PDFvehicular fleet, which, in general, uses fossil fuels whose burning results in pollutant emissions. Allied with economic factors, there is an urgent concern to replace these fuels with those from renewable sources. Much of the research in this area uses experimental techniques, which are not always feasible. Thus, combining computational analysis with these techniques is of great relevance. In this context, this work analyzed computationally the combustion cycle of a Diesel engine operating with fossil diesel, HVO and HVO with biogas. For this purpose, its 3D combustion chamber geometry was modeled in a CAD software and the CFD simulations were carried on ANSYS/Forte software. A kinetic model with 35 species and 74 chemical reactions, together with the RANS RNG k-ε model, the KH-RT model, a uniform injection profile and experimental values for initial pressure and temperature were considered in the modeling step. In addition, a 0-D analysis in ANSYS/Chemkim-Pro software was performed to estimate some parameters not measured experimentally, and also to obtain two adapted kinetics models to describe the of pure HVO and HVO-biogas blend, which was done together with a mono-objective optimization process by the Lichtenberg algorithm. Both 0-D and 3D approaches were validated with experimental data. From the simulations, in-cylinder pressure and its rise rate, rate of heat release, and its accumulation, turbulence, and emissions characteristics were obtained as a function of crank angle. 3D fields of velocity, temperature, the spray of diesel, and molar fractions of CO, CO2, NO, and NO2 were also obtained. The in-cylinder pressure obtained computationally showed a good agreement with the experimental ones (which were obtained from the R&D project ROTA 2030 by GETEC-UNIFEI at 2021 and 2022), but with a longer ignition delay. It was observed that the in-cylinder pressure is strongly dependent on the duration of injection. It was also verified that the regions closer to the TDC presented the most variations in the analyzed parameters and with the maximum values. Besides, the combustion of HVO and HVO with Biogas reduced the peaks of pressure and heat release, as well as NOx and soot emissions and also presented more significant homogeneity in the velocity and temperature fields.O crescimento populacional e urbano no Brasil nas últimas décadas resultou no aumento da frota veicular nacional que, em geral, utiliza combustíveis fósseis cuja queima resulta em emissões de poluentes. Aliando-se a fatores econômicos, há uma urgente preocupação para substituição desses combustíveis por àqueles provenientes de fontes renováveis. Grande parte de pesquisas nessa área utilizam técnicas experimentais, que nem sempre são viáveis. Assim, aliar análises computacionais à essas técnicas são de grande relevância. Nesse contexto, esse trabalho apresenta análises computacionais do ciclo de combustão de um motor Diesel operando com diesel fóssil, HVO e HVO com biogás. Para tal, modelou-se a geometria 3D da sua câmara de combustão e empregou-se o software ANSYS/Forte nas simulações CFD. Na etapa de modelagem considerou-se um modelo cinético com 35 espécies e 74 reações químicas, o modelo RANS RNG -, o modelo KH-RT, um perfil de injeção uniforme e valores experimentais para pressão e temperatura inicias. Além disso, realizou-se uma análise 0-D no software ANSYS/Chemkim-Pro a fim de estimar alguns parâmetros não mensurados experimentalmente e, também para se obter dois modelos cinéticos adaptados para a combustão do HVO puro e da mistura HVO-Biogás, o que foi feito juntamente com um processo de otimização mono-objetiva pelo algoritmo de Lichtenberg. Ambas as abordagens, 0-D e 3D, foram validadas com dados experimentais. Foram obtidas curvas para: pressão no cilindro e sua taxa de aumento; taxa de liberação de calor e seu acúmulo; características de turbulência e emissões em função do ângulo do virabrequim. Campos 3D de velocidade, de temperatura, do spray do diesel e das frações molares de CO, CO2, NO e NO2 também foram obtidos. Os resultados para a pressão no cilindro obtidos computacionalmente apresentaram boa concordância com os experimentais, que foram obtidos durante o projeto P&D ROTA 2030 realizado pelo GETEC-UNIFEI em 2021 e 2022, porém com maior atraso de ignição. Observou-se que a pressão no cilindro possui forte dependência com a duração da injeção. Verificou-se também que as regiões próximas ao PMS são as que mais causam variações nos parâmetros analisados e onde a maioria das curvas apresentam seus valores máximos. Além disso, a combustão do HVO e do HVO com biogás reduziu os picos de pressão e de liberação de calor, bem como as emissões de NOx e fuligem, apresentando maior homogeneidade nos campos de velocidade e temperatura
O uso do concreto compactado com rolo em barragens – tendências futuras
Get PDFIn the last decades a spectacular development took place in the construction of dams.
Besides making possible the knowledge of the construction technology, there was an
expressive development of the concrete technology for dams, with special prominence for
the roller compacted concrete. The roller compacted concrete dams have been a strong
alternative if compared with the traditional earth dams, with the rockfill dams and with the
concrete face rockfill dams. With the recent appearance of new techniques and constructive
methods, RCC reached execution agility and significant cost economy in the construction
of concrete dams. Among the new constructive techniques, the sloped layer and grout
enriched roller compacted concrete (GERCC) stand out. This work has as objectives to
point out tendencies and future perspectives for construction of roller compacted concrete
dams and to develop a comparative study between the traditional methodology of
execution of RCC with the sloped layer and the grout enriched roller compacted concrete.In the last decades a spectacular development took place in the construction of dams.
Besides making possible the knowledge of the construction technology, there was an
expressive development of the concrete technology for dams, with special prominence for
the roller compacted concrete. The roller compacted concrete dams have been a strong
Nas últimas décadas ocorreu um espetacular desenvolvimento na construção de barragens.
Além de ter possibilitado o conhecimento da tecnologia da construção, houve um expressivo
desenvolvimento da tecnologia de concreto para barragens, com destaque especial para o
concreto compactado com rolo (CCR). As barragens em concreto compactado com rolo têm
sido uma forte alternativa se comparada as tradicionais barragens de terra, as barragens de
enrocamento e as barragens de enrocamento com face de concreto. Com o recente
surgimento de novas técnicas e métodos construtivos, o CCR alcançou agilidade de
execução e economia de custo significante na construção de barragens de concreto. Entre as
novas técnicas construtivas, destacam-se o método rampado e o CCR enriquecido com
argamassa (Grout Enriched Roller Compacted Concrete – GERCC). Este trabalho tem como
objetivos apontar tendências e perspectivas futuras para a construção de barragens em
concreto compactado com rolo e realizar um estudo comparativo da metodologia tradicional
de execução do CCR com o método rampado e o CCR enriquecido com argamassa
Serviço de reconfiguração de dispositivos IoT
Get PDFThis work presents an optimization model for sending telemetry from IoT devices, using
the Twin Device tool present in Microsoft’s cloud server services platform, called Azure.
The optimization is done through a server, developed in Python, which interprets the
telemetry received, defines the current state of the device and updates the settings of
the device and emits it through Twin Device. The result in normal operating states was
a drastic decrease in the number of packets and consequently a smaller volume of data
trafficked on the network, already in a critical state, the amount of packets increased and
consequently a considerably greater volume trafficked through the network.Esse trabalho apresenta um modelo para aprimorar o envio de telemetria de dispositivos
IoT (Internet of Things), utilizando a ferramenta de Dispositivo Gêmeo presente na
plataforma de serviços de servidores em nuvem da Microsoft, chamada Azure. O aprimoramento
é feito através de um servidor, desenvolvido em Python, que interpreta a
telemetria recebida, define o estado atual do dispositivo e atualiza as configurações do
dispositivo emissor por meio do Dispositivo Gêmeo. O resultado para o dispositivo em
seus parâmetros normais de operação foi uma redução de 91% na quantidade de pacotes,
consequentemente no volume de dados trafegados na rede. Já fora de seus parâmetros
normais, a quantidade de pacotes aumentou 145% e consequentemente o volume de dados
trafegados pela rede também
