Ferramenta matemática para auxílio no dimensionamento de biodigestores rurais

Anaerobic digesters have been highlighted due to the current energy crisis and its consequent search for alternative energy sources, allied to the intense process of livestock farming and agriculture modernization, which besides demanding a lot of energy, produces a great amount of crop and animal residues, most of the times generating sanitary problems. The aim of this work is to provide a mathematical tool to establish parameters for projects of construction of rural digesters, considering the response to energy demand, the suitability of the dimensions of the systems, yield factors and the guarantee of functionality. Non-linear optimization models, of easy resolution, for the three main types of rural digesters were formulated in this way. With the resolution of these models one can determine the height and the diameter that lead to a minimum volume for each type, so reducing the necessary amount of masonry and, consequently, diminishing the cost.Os biodigestores têm sido objetos de grande destaque devido a atual crise de energia e conseqüente busca de fontes alternativas. Outro fator que coloca os biodigestores em evidência é o intenso processo de modernização da agropecuária, que além da grande demanda de energia, produz um volume de resíduos animais e de culturas, que ocasiona muitas vezes problemas de ordem sanitária. O objetivo deste trabalho é fornecer uma ferramenta matemática para determinação de parâmetros para projetos de construção de biodigestores rurais, levando-se em consideração o atendimento de necessidades energéticas, obedecendo os dimensionamentos dos sistemas, fatores de rendimento e garantindo a funcionalidade. Para isto, foram formulados modelos de otimização não lineares, de fácil resolução, para os três principais tipos de biodigestores rurais. Com a resolução destes modelos são determinados a altura e o diâmetro que levem a um volume mínimo para cada tipo, com isto reduz-se a quantidade necessária de materiais de alvenaria e consequentemente o custo do biodigestor é diminuído

Mathematical Optimization Models in the Sugarcane Harvesting Process

Over the past few decades, due to environmental and economic factors, the sugarcane has been considered a versatile and important plant to the several countries. The energy-sugar-ethanol agro-industries are seeking to take advantage of all its material, with the main products produced being renewable energy, sugar and ethanol. In this chapter, we propose to present a review of the important works that use mathematical and computational tools, aiming to optimize the sugarcane harvesting, in the past 30 years

Otimização multiobjetivo no balanço econômico da biomassa de colheita da cana-de-açúcar

The fact that Brazil is the world's largest sugarcane (Saccharum spp.) producer, leads to a great concern about the cropping systems used, since the most common practice involves manual harvesting prior to straw burning. Brazilian authorities approved a law prohibiting the burning practice of crop residues prior to harvest. However mechanized harvest creates the new problem of how to deal with the residues. Many studies have proposed the use of these residues as an energy source. The major difficulty in its use is how to economically transport sugarcane harvested biomass from the farm to a processing center. The aim of this work was to develop a model to optimize plant variety selection, minimize the cost of the residual biomass transfer process, to evaluate the economics of using this material, and to address sucrose production and planting area constraints, considering distances from plot to processing center. For this 0-1 multiple objective linear programming techniques were used. The results show the viability of the model in selecting varieties, which provide increased profit from residual biomass use.O Brasil é o maior produtor de cana-de-açúcar (Saccharum spp.) do mundo. Mas, existe uma grande preocupação com o sistema de colheita utilizado nesta cultura, pois é prática comum a colheita manual com a pré-queima do palhiço. Autoridades brasileiras têm aprovado leis proibindo a queimada nos canaviais. Entretanto, a colheita mecanizada com cana crua cria novos problemas com a permanência do resíduo no solo. Assim, muitos estudos têm sido propostos para o uso deste resíduo para geração de energia. A maior dificuldade para o uso desta biomassa está no custo de coletar e transferir o resíduo do campo para o centro de processamento. Para análise da viabilidade deste sistema há a necessidade de um estudo do balanço econômico do processo. O objetivo deste trabalho é desenvolver um modelo matemático que auxilie na escolha das variedades de cana a serem plantadas, de forma a minimizar o custo do processo de transferência da biomassa residual de colheita e avaliar economicamente o uso deste material, colocando restrições sobre a produção de sacarose e limitações da área para plantio e considerando as distâncias entre os talhões e o centro de processamento. Para isto, técnicas de programação linear multiobjetivo 0-1 foram utilizadas. Os resultados da aplicação mostram a viabilidade do uso deste modelo para auxílio na seleção de variedades, otimizando o lucro do uso da biomassa residual de colheita para geração de energia

A methodology to determine size and shape of plots for sugarcane plantation

Brazil is the largest sugarcane producer in the world and the leader in the production of sugar and ethanol. Although sugarcane has become an important factor in the Brazilian economy, cultivation has presented many issues, for example, the problems due to burning before the manual harvest. The Brazilian authorities have approved a law that prohibits this practice and mechanized harvesting has thus become the most fitting approach. Given this development, areas for sugarcane plantation must be properly rebuilt to accommodate the new way of harvesting. The main characteristic demanded of sugarcane plots to use harvesting machines is that they must be rectangular. In the present paper, we propose a methodology for dividing the plantation area into plots and planning their allocation so as to accommodate mechanized harvesting. In view of the requirement for plots to be rectangular, we represented this problem as a two-dimensional cutting problem, and to find a solution we adopted the AND/OR graph approach. The computational experiments were conducted using real cases, and the proposed strategy was shown to perform well

Simulação de um modelo de otimização de biodigestores para a produção sustentável de bioenergia / Simulation of an optimization model of biodigesters for the sustainable production of bioenergy

Com a escassez de combustíveis fósseis, fontes alternativas de energia renovável fizeram com que o biogás ganhasse destaque. O biogás é obtido do processo de fermentação de resíduos orgânicos, entre eles, dejetos de animais como suínos, bovinos e aves. A produção desse gás ocorre em biodigestores, que são equipamentos compostos basicamente por um gasômetro e uma câmara fechadana qual os resíduos orgânicos são digeridos por um consórcio de bactérias anaeróbias, gerando o biogás e também biofertilizante. O biodigestor tem ainda a finalidade de descontaminação dos resíduos a partir do processo de biodigestão, contribuindo com a diminuição da poluição causada por estes dejetos. Entre os possíveis tipos de biodigestores, o modelo indiano éestudado neste trabalho. Um modelo de otimização não-linear inteiro misto é proposto para auxiliar na escolha de quais biodigestores devem ser colocados em operação, visando obter a máxima produção de biogás e atender as restrições de demanda de energia local e de clientes de uma propriedade rural. Uma linearização para o modelo proposto também é apresentada e uma simulaçãocomputacionalérealizada com dados reais, mostrando a eficiência do modelo proposto