Performance analysis and assessment of a highly energy-integrated solar trigeneration system using advanced absorption chillers

The direct use of solar thermal energy to generate power produces a large amount of heat. Therefore, the use of thermally driven chillers is an appealing solution to make use of this heat to produce cooling replacing electric driven systems. The main objective of this paper is to provide a description of the possible designs and configurations of solar trigeneration systems, including organic Rankine cycles (ORC) and recently commercialized advanced absorption chillers. The main novelty of this study is the use of a Single-Effect Double- Lift absorption cycle (SE-DL AC) for solar trigeneration cycles and its comparison with a base case using a conventional single effect absorption cycle (SE AC). The main finding of this study highlights that working under the same conditions; the SE-DL AC uses heat more effectively than the SE AC for cooling production with a considerably higher production of power at the ORC.The authors acknowledge the funding support provided by the University of Gabes for the research stay of Mr Abdelmajid Saoud at the Universitat Rovira i Virgili in Tarragona and also by the Spanish Ministry “Ministerio de Ciencia e Innovación” in the framework of the I+D+i project “PDI2020-119004RB-C21”

Análisis energético de una planta de separación de aire y caracterización del proceso de separación

proceso productivo de muchas industrias. Las Plantas de Separación de Aire (ASU, Air Separation Unit) separación requiere habitualmente del uso de procesos criogénicos que consumen una cantidad importante de energía eléctrica que siempre tiende a encarecer la operación de estas plantas y disminuir su viabilidad en países con costes energéticos elevados. A continuación se presenta un análisis energético global y detallado básico de una planta de separación de aire para identificar y caracterizar el consumo energético necesario para el funcionamiento del proceso. Se estudiará inicialmente un proceso ideal de destilación dentro de la Cold Box (“caja fría” que contiene todos los equipos criogénicos y en la que tiene lugar la separación del aire en sus componentes); posteriormente se analizaran los factores que afectan al proceso tales como pérdidas de calor, eficiencia de los intercambiadores principales de entrada al sistema de destilación, eficiencia de la turbina (que ayuda a mantener en balance al sistema), producción de argón y oxígeno líquido, etc. Con los resultados obtenidos se establece una correspondencia entre las principales operaciones de la ASU y su afectación con el balance energético, con lo que se pueden analizar posibles mejoras para conseguir un ahorro energético en la operación de la planta. Para llevar a cabo todos estos análisis se ha empleado un simulador de procesos y el programa de modelado EES (Engineering Equation Solver). Para las condiciones en que opera actualmente la planta unos 60000 Nm3/h de aire a tratar, el consumo del compresor principal se sitúa sobre los 4380 kW. Por lo tanto, el coste del consumo eléctrico es el principal criterio que se sigue para establecer la estrategia de operación de la planta de manera que su operación está estrechamente ligada a las variaciones del coste de la electricidad en cada periodo. El calor generado por el sistema de refrigeración del compresor principal se encuentra alrededor de los 60ºC y podría utilizarse en una bomba de calor para obtener importantes cantidades de calor a utilizar en la propia planta, por ejemplo, para regenerar el material adsorbente del Molsieve o externamente, para el suministro de calor a una red de calefacción de distrito. Los resultados obtenidos serán útiles para el diseño de futuras estrategias de ahorro energético, optimización de la operación de la planta y, en consecuencia, sus prestaciones técnicas y económicas con miras a un estudio de integración con otros procesos con la finalidad de diseñar sistemas de poligeneración de energía y productos finales.Los autores agradecen a Messer Iberica de Gases la ayuda facilitada sin la que no habría sido posible la realización del presente trabajo

Análisis energético y estrategias de operación de una planta de trigeneración integrada en una red de distrito

En el marco del proyecto Polycity se construyó una planta de poligeneración de energía de alta eficiencia en un nuevo desarrollo urbano denominado Parc de l'Alba, en Cerdanyola del Vallès (Barcelona). Esta área incluye un Parque de Ciencia y Tecnología con el Laboratorio de Luz Sincrotrón (ALBA), así como edificios de bajo consumo energético. El proyecto se está ejecutando en diferentes pasos. En el primer paso, se construyó una planta de trigeneración basado en motores de cogeneración y en los siguientes pasos que se espera que aumente el número de motores en servicio e introducir una planta de refrigeración solar y un sistema de gasificación de biomasa para completar la planta de poligeneración. La planta de trigeneración ya existente proporciona electricidad, agua caliente y agua fría para el Sincrotrón y los edificios del parque tecnológico a través de una red con cuatro tubos de calefacción urbana y refrigeración. La planta ST-4 se compone de tres motores de gas de cogeneración de gas natural de 3,3 MW de potencia cada uno, una máquina de absorción de doble efecto de 5 MW accionada directamente con gases de escape, una máquina de absorción de simple efecto de 3 MW, y unidades auxiliares: una enfriadora de compresión de 5 MW, una caldera de gas natural de 5 MW. El sistema incluye también un depósito de almacenamiento de agua enfriada de 4.000 m3. En este artículo se presentará un análisis energético detallado de la planta utilizando datos de operación reales y se estudiaran diferentes estrategias de operación aplicando un software de optimización. Otro de los puntos a tratar es el cálculo de las prestaciones de la planta a baja carga ya que actualmente el número de usuarios conectados a la red de distrito es todavía bajo. El software utilizado es un desarrollo propio basado en GAMS como el lenguaje de programación para definir y resolver problemas de simulación y optimización. Los principales parámetros de funcionamiento de los componentes de la planta se introducen como entradas en la plataforma de optimización, además de la demanda de energía en forma de agua caliente y refrigeración. Esto permite seleccionar las unidades en funcionamiento y la distribución de carga entre las diversas unidades. Los resultados se utilizaran para proponer nuevas estrategias de operación de acuerdo con el patrón de cada demanda, calcular la viabilidad de estas y detectar las posibles fuentes de desviación con respecto al rendimiento esperado en cada unidad.Los autores agradecen el soporte económico facilitado por el Ministerio de Economía y Competitividad de España a través del proyecto coordinado de I+D+i, ref. PI2012-38841-C02-01

Estudio prospectivo de maduración, desarrollo e incidencia lesional en balonmano formativo de élite. ¿Puede el estado madurativo ser un factor determinante de la incidencia lesional en balonmano?

El objetivo de este estudio es describir la relación entre incidencia lesional (IL) y estado madurativo de jugadores varones de balonmano formativo (BmF) de alto nivel competicional. Se analizan durante 2 temporadas la incidencia de lesión deportiva de forma prospectiva en 133 jugadores, los criterios de maduración biológica y la carga física de exposición. Se siguieron los criterios para estudios de epidemiología lesional según el consenso UEFA. Las variables utilizadas para analizar el estado madurativo son los estadios de Tanner, la pubertad, el pico de velocidad de crecimiento, el volumen testicular y la edad ósea. Se registraron 190 lesiones para un total de 34.222 h de exposición. La IL total media de todas las categorías fue de 5,6 lesiones/1.000 h de exposición. En competición, el valor fue de 21,8 lesiones/1.000 h, y en entrenamiento, de 3,1 lesiones/1.000 h. No se encontraron diferencias estadísticamente significativas entre IL, la edad cronológica y los diferentes estados madurativos por ANOVA. El análisis estadístico multivariante registra cierta tendencia entre las asociaciones de IL en competición para categoría (p = 0,07), y en la IL en entrenamientos para Tanner (p = 0,091) y pubertad (p = 0,021). En conclusión, si bien no se detectaron diferencias significativas en la IL por edades en jugadores de BmF, sí se aprecia una tendencia real en determinados estadios madurativos mediante el análisis multivariante. Esto deberá tenerse en cuenta para planificación entrenamientos y estrategias de prevención de la lesión deportiva en el contexto del BmF

Estudi prospectiu de maduració, desenvolupament i incidència lesional en l’handbol formatiu d’elit. L’estadi maduratiu pot ser un factor determinant d’incidència lesional a l’handbol?

L’objectiu d’aquest estudi és descriure la relació entre incidència lesional (IL) i estat maduratiu de jugadors homes d’handbol formatiu (HbF) d’alt nivell competitiu. Durant 2 temporades s’analitza la incidència de la lesió esportiva de forma prospectiva, els criteris de maduració biològica i la càrrega física d’exposició, de 133 jugadors. Se seguiren els criteris del consens UEFA sobre estudis d’epidemiologia lesional. Les variables utilitzades per analitzar l’estat maduratiu foren els estadis de Tanner, la pubertat, el pic de velocitat de creixement, el volum testicular i l’edat òssia. Es registraren 190 lesions en un total de 34.222 h d’exposició. La IL total mitjana de totes las categories fou de 5,6 lesions/1.000 h d’exposició. Durant la competició, el valor fou de 21,8 lesions/1.000 h, i en l’entrenament de 3,1 lesions/1.000 h. No es trobaren diferències estadísticament significatives entre IL, edat cronològica i els diferents estadis maduratius en l’ANOVA. L’anàlisi estadística multivariant registrà una certa tendència a associar la IL en la categoria competició (p = 0,07), i la IL en entrenament en Tanner (p = 0,091) i pubertat (p = 0,021). En conclusió, tot i que no es detectaren diferències significatives en la IL per edat en jugadors d’HbF, s’aprecia una tendència real en determinats estadis maduratius mitjançant l’anàlisi multivariant, cosa que caldria que es tingués en compte per planificar entrenaments i estratègies de prevenció de lesions esportives en el context de l’HbF

Polyurethane Scaffold vs Fascia Lata Autograft for Hip Labral Reconstruction : Comparison of Femoroacetabular Biomechanics

The integrity of the acetabular labrum is critical in providing normal function and minimizing hip degeneration and is considered key for success in today's hip preservation algorithm. Many advances have been made in labral repair and reconstruction to restore the suction seal. To compare the biomechanical effects of segmental labral reconstruction between the synthetic polyurethane scaffold (PS) and fascia lata autograft (FLA). Our hypothesis was that reconstruction with a macroporous polyurethane implant and autograft reconstruction of fascia lata would normalize hip joint kinetics and restore the suction seal. Controlled laboratory study. Ten cadaveric hips from 5 fresh-frozen pelvises underwent biomechanical testing with a dynamic intra-articular pressure measurement system under 3 conditions: (1) intact labrum, (2) reconstruction with PS after a 3-cm segmental labrectomy, then (3) reconstruction with FLA. Contact area, contact pressure, and peak force were evaluated in 4 positions: 90º of flexion in neutral, 90º of flexion plus internal rotation, 90º of flexion plus external rotation, and 20º of extension. A labral seal test was performed for both reconstruction techniques. The relative change from the intact condition (value = 1) was determined for all conditions and positions. PS restored contact area to at least 96% of intact (≥0.96; range, 0.96-0.98) in all 4 positions, and FLA restored contact area to at least 97% (≥0.97; range, 0.97-1.19). Contact pressure was restored to ≥1.08 (range, 1.08-1.11) with the PS and ≥1.08 (range, 1.08-1.10) with the FLA technique. Peak force returned to ≥1.02 (range, 1.02-1.05) with PS and ≥1.02 (range, 1.02-1.07) with FLA. No significant differences were found between the reconstruction techniques in contact area in any position (P >.06), with the exception that FLA presented greater contact area in flexion plus internal rotation as compared with PS (P =.003). Suction seal was confirmed in 80% of PSs and 70% of FLAs (P = .62). Segmental hip labral reconstruction using PS and FLA reapproximated femoroacetabular contact biomechanics close to the intact state. These findings provide preclinical evidence supporting the use of a synthetic scaffold as an alternative to FLA and therefore avoiding donor site morbidity

Large expert-curated database for benchmarking document similarity detection in biomedical literature search

Document recommendation systems for locating relevant literature have mostly relied on methods developed a decade ago. This is largely due to the lack of a large offline gold-standard benchmark of relevant documents that cover a variety of research fields such that newly developed literature search techniques can be compared, improved and translated into practice. To overcome this bottleneck, we have established the RElevant LIterature SearcH consortium consisting of more than 1500 scientists from 84 countries, who have collectively annotated the relevance of over 180 000 PubMed-listed articles with regard to their respective seed (input) article/s. The majority of annotations were contributed by highly experienced, original authors of the seed articles. The collected data cover 76% of all unique PubMed Medical Subject Headings descriptors. No systematic biases were observed across different experience levels, research fields or time spent on annotations. More importantly, annotations of the same document pairs contributed by different scientists were highly concordant. We further show that the three representative baseline methods used to generate recommended articles for evaluation (Okapi Best Matching 25, Term Frequency-Inverse Document Frequency and PubMed Related Articles) had similar overall performances. Additionally, we found that these methods each tend to produce distinct collections of recommended articles, suggesting that a hybrid method may be required to completely capture all relevant articles. The established database server located at https://relishdb.ict.griffith.edu.au is freely available for the downloading of annotation data and the blind testing of new methods. We expect that this benchmark will be useful for stimulating the development of new powerful techniques for title and title/abstract-based search engines for relevant articles in biomedical research.Peer reviewe

Integració de cicles d'absorció en xarxes d'energia de plantes de procès

L’objectiu d’aquesta tesi és estudiar la viabilitat de la integració de la tecnologia dels cicles de refrigeració per absorció ja existent comercialment, en plantes d’energia industrials, comparant els resultants amb l’alternativa convencional formada per cicles de compressió. La metodologia proposada en aquesta tesi es basa en cinc grans apartats: recopilació de dades de la planta d’energia i de la demanda de fred que es pretén cobir, seleccionar els cicles de refrigeració candidats que podrien satisfer l’esmentada demanda de fred, és a dir, establir les alternatives de disseny existents per a subministrar el fred necessari a la planta de procés utilitzant el programa XV, el qual permet la simulació i optimització de plantes d’energia. El tercer pas de la metodologia, es construir un fitxer de dades estàndard on s’introdueixen la topologia de la planta d’energia i les seves característiques específiques, incloent els paràmetres d’operació dels cicles de refrigeració. Al quart pas, es realitza l’optimització de la planta global d’energia utilitzant com a funció objectiu els costos d’operació i les prestacions de la planta i finalment es calculen els costos d’operació i els indicadors econòmics adients per a la selecció de la millor configuració. En aquesta tesi es presenten dues aplicacions pràctiques en una indústria pretroquímica de Tarragona per tal d’avaluar la metodologia proposada utilitzant equips d’amoníac/aigua i d’aigua/LiBr

An operational optimization method for a complex polygeneration plant based on real-time measurements

The combined production of electricity, heat and cold by a polygeneration system connected to a district heating and cooling network can provide high energy utilization efficiency. The inherent complexity of simultaneous production of different services and the high variability in the energy demand make combined cooling and heating systems performance highly dependent on the operational strategy. In this paper, an operational optimization method based on the moving average of real-time measurements of energy demands and ambient conditions is proposed. Real energy demand data from a district heating and cooling network close to Barcelona, Spain, are used to test the method. A complex polygeneration system is considered, consisting of an internal combustion engine, a double-effect absorption chiller, an electric chiller, a boiler and a cooling tower. A detailed modelling of the system is provided, considering partial load behavior of the components and ambient conditions effects. Results of the real-time optimal management are discussed and compared to traditional operational strategies and to the ideal optimal management achievable with perfectly accurate forecast of energy demands. Moreover, the optimal width of the window adopted for the moving average of real-time data is identified

Thermodynamic and economic analysis of the integration of high-temperature heat pumps in trigeneration systems

Polygeneration energy systems are proven to be a reliable, competitive and efficient solution for energy production. The recovery of otherwise wasted energy is the primary reason for the high efficiency of polygeneration systems. In this paper, the integration of a high-temperature heat pump within a trigeneration system is investigated. The heat pump uses the low-temperature heat from the condenser of the absorption chiller as heat source to produce hot water. A numerical model of the heat pump cycle is developed to evaluate the technical viability of current heat pump technology for this application and assess the performance of different working fluids. An exergy analysis is performed to show the advantages of the novel trigeneration system with respect to traditional systems for energy production. Moreover, a levelized cost of electricity method is applied to the proposed energy system to show its generic economic feasibility. Finally, actual energy demand data from an Italian pharmaceutical factory are considered to evaluate the economic savings obtainable with the integrated system, implemented in a case study. A two-level algorithm is proposed for the economic optimization of the investment. The synthesis/design problem is addressed by a genetic algorithm and the optimal operation problem is solved by a linear programming method. Results show that the integration of a high-temperature heat pump within a trigeneration system provides flexibility to cover variable energy demands and achieve valuable economic and energy performances, with global cost savings of around 40% with respect to separate production and around 10% with respect to traditional cogeneration and trigeneration systems