RESUMEN
RESUMO Ante o crescimento populacional urbano e a importância da água como recurso natural limitado, verifica-se a necessidade de implementar técnicas com a finalidade de reduzir os custos operacionais dos sistemas de distribuição de água e garantir abastecimento adequado. A otimização da operação de bombas pode ser utilizada com o propósito de atender às demandas de consumo com menor custo energético, além de maximizar a confiabilidade hidráulica. Neste trabalho, um modelo híbrido de otimização/simulação foi desenvolvido tendo como suporte os algoritmos genéticos multiobjetivo e o simulador hidráulico EPANET. O método Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGA II) foi utilizado para a otimização da operação de bombas de rotação variável, ou seja, as variáveis de decisão do problema foram as rotações das bombas para cada hora ao longo do dia. Uma modificação do simulador hidráulico EPANET original, que não computa corretamente o rendimento de bombas de rotação variável, foi empregada para que as potências de cada bomba e, consequentemente, o custo da energia elétrica fossem calculados corretamente. Conjuntos de soluções não dominadas (frente Pareto) foram obtidos considerando-se, primeiramente, a penalidade de pressão negativa nos nós e, posteriormente, as penalidades de pressão negativa nos nós e o fechamento/desligamento de tubos e/ou bombas. Aplicou-se o método à rede hipotética denominada Anytown, e custos menores, considerando tarifas brasileiras, foram obtidos.
ABSTRACT Faced with the urban population growth and the importance of water as a limited natural resource, there is a need to implement techniques to reduce the operational costs of water distribution systems and ensure adequate supply. The optimization of pump operation can be used to meet the demands of consumption with a lower energy cost, in addition to maximizing hydraulic reliability. In this work, a hybrid optimization/simulation model was developed based on the multiobjective genetic algorithms and the EPANET hydraulic simulator. The NSGA II (Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II) method was used to optimize the operation of variable rotation pumps, that is, the decision variables of the problem were the rotation of the pumps for each hour throughout the day. A modification of the original EPANET hydraulic simulator, which does not correctly compute the efficiency of variable-speed pumps, was employed so that the power of each pump, and consequently the cost of electric power, was calculated correctly. Non-dominated solution sets (Pareto Front) were obtained considering first the negative pressure penalty at the nodes and, subsequently, the negative pressure penalties at the nodes and the closure/shutdown of tubes and/or pumps. The method has been applied in the hypothetical network called ANYTOWN and lower energy costs were obtained considering Brazilian energy tariffs.
RESUMEN
Resumo O estudo teve por objetivo analisar o efeito da adição do equivalente energético do lactato sanguíneo com a medida de VO2 durante a corrida em esteira horizontal (0%) e inclinada (10,5%), como forma de estimativa do custo energético da corrida. Treze corredores de meia e longa distância (idade 28,1 ± 4,2 anos; estatura 1,75 ± 0,07 m; massa corporal 65,2 ± 4,9 kg; VO2max 70,3 ± 4,9 ml·kg-1·min-1) cumpriram dois testes em esteira rolante (0% e 10,5%) que incluíram vários estágios em intensidade constante. Foram calculadas para cada atleta as regressões VO2-velocidade, bem como regressões alternativas com a adição de um equivalente energético de 3 ml O2 Eq·kg-1·mM [La-] às medições de VO2. Não se verificou interação significativa entre a adição do equivalente do lactato e a inclinação da esteira. A ANOVA indicou um efeito significativo da adição do equivalente do lactato na inclinação da reta de regressão e na estimativa do custo energético. Os tamanhos do efeito obtidos indicam que este efeito é mais forte na corrida horizontal. Estes resultados sugerem que em testes laboratoriais com corredores treinados se deverá considerar a adição dos valores de VO2 com os equivalentes energéticos do lactato.(AU)
Abstract This study aimed to analyze the influence of adding blood lactate ([La-]) energy equivalent (Eq) to the VO2 measurements during running exercise at different grades (0% and 10.5%) in order to estimate energy cost of running. Thirteen male highly-trained middle- and long-distance runners (age 28.1 ± 4.2 years; stature 1.75 ± 0.07 m; body mass 65.2 ± 4.9 kg; and maximal oxygen uptake 70.3 ± 4.9 ml·kg-1·min-1) volunteered after medical approval and performed two treadmill tests (0% and 10.5% grade) which included several bouts at a constant speed. Individual VO2-speed regressions were determined for each subject and alternative regressions were established by adding an energy equivalent of 3 ml O2 Eq·kg-1·mM [La-] to the mean VO2 values. No significant interaction between [La-] O2 equivalent inclusion and grade running was found. Results of within-subjects ANOVAs indicated a significant effect of [La-] inclusion in the regression slope and in the estimated energy cost of running at both level and grade running. However, the obtained effect sizes suggest that this effect is considerably higher at level compared with grade running. These findings indicate that the inclusion of [La-] measurements in VO2-intensity regression estimates at sub maximal running should be considered when testing highly trained runners on the treadmill.(AU)
Asunto(s)
Humanos , Masculino , Adulto , Metabolismo Energético , Consumo de Oxígeno , CarreraRESUMEN
Será que a vida em grupo acarreta uma maior atividade individual, e consequentemente, um maior gasto energético? Para responder a essa questão, hipotetizou-se que exista uma maior produção de CO2, quando se aumenta o tamanho do grupo de formigas operárias e, consequentemente, um maior custo energético ao indivíduo quando está em grupo. Assim, grupos de 10, 20, 30, 40 e 50 operárias foram fechados em uma câmara hermética, durante 24 horas. Posteriormente, efetuou-se a medição das concentrações de CO2 nos recipientes respirométricos. Ao contrário do esperado, a produção de CO2, e consequentemente, o gasto energético individual, não diferiram estatisticamente quando se aumentou o tamanho do grupo de operárias. Dessa forma, refuta-se a hipótese de que o tamanho do grupo conduz a um maior custo energético individual, haja vista a maior interação entre os indivíduos. O estudo com operárias de Atta sexdens rubropilosa evidenciou que o tamanho do grupo não conduz a um maior custo energético individual, sendo a produção de CO2 e, consequentemente, o gasto energético individual similar, independente do tamanho do grupo.
Does the social life entail greater individual activity, and consequently, higher energy expenditure? To answer this question, we hypothesized that there is higher CO2 production, when we increase the size of the group of workers, and hence a higher energy cost to the individual when they are in groups. Thus, groups of 10, 20, 30, 40 and 50 workers were sealed in a hermetic chamber for 24 hours. Subsequently, we performed the measurements of the CO2 concentration in the containers respirometric. Unlike the expected CO2 production, and consequently the individual energy expenditure did not differ when we increase the size of the group of workers. Thus, we refuted the hypothesis that the group size leads to a higher cost individual energy, since the greater interaction between individuals. In conclusion, our study with Atta sexdens rubropilosa workers determined that the size of the group does not lead to higher energy costs individual and CO2 production, and therefore energy expenditure similar individual, independent of the group size.
RESUMEN
A dificuldade de cálculo do custo energético durante a maioria das atividades físicas reside no fato da solicitação energética ser mista. Importa saber identificar em que condição é possível medir ou estimar o custo energético e em que condição tal não é possível. Existe uma utilização de diferentes termos associados a esta temática como, por exemplo, gasto energético, gasto calórico, dispêndio energético, ou custo energético. O objetivo deste artigo foi recordar os métodos mais populares de quantificação do custo energético e propor um maior rigor na nomenclatura a usar no ensino e investigação. Parece pacífica a utilização do O2 expirado como quantificador da energia aeróbia. Quanto à energia anaeróbia láctica, devem prosseguir estudos usando o défice de oxigénio acumulado ou o equivalente energético de lactato. O termo "gasto energético" deverá ser reservado a situações em que o exercício é quase exclusivamente aeróbio e em que é possível medir diretamente as trocas gasosas durante o esforço. Em todas as restantes situações, deverá ser usado preferencialmente o termo "custo energético", porquanto o mesmo pode ser estimado, mas não medido diretamente. Quando usado o termo "custo energético" o mesmo deve ser complementado com a identificação se tratamos da fração aeróbia, da fração anaeróbia ou de ambas.
The difficulty involved in the calculation of the energy cost during most of the physical activities is related to the mixed nature of the energy elicited. Therefore, it is important to know under which exercise conditions it is possible to perform such measurements and under which conditions it is not. Several terms are often associated with this line of research, such as: energy expenditure, caloric expenditure, or energy cost. The objectives of the present study were to review the methods typically used to assess energy cost and to suggest a more precise nomenclature when teaching or conducting research on these theme. The use of expired O2 to quantify aerobic energy seems undisputable. As to anaerobic lactic energy, more studies are required, using both blood lactate energy equivalent values and accumulated oxygen deficit. The term energy expenditure should be used only when energy release is almost fully aerobic and when direct O2 measurement can be performed during exercise. In every other exercise conditions, the term energy cost is more suitable, as it cannot be directly assessed. Whenever energy cost is mentioned, it should be accompanied by the identification of whether aerobic fraction, anaerobic fraction, or total energy cost is considered.
RESUMEN
A dependência do petróleo e a poluição gerada pelo óleo diesel são as grandes desvantagens do uso deste combustível, o que vem estimulando a busca por fontes energéticas alternativas. Biodiesel é o combustível derivado de óleos vegetais ou de gordura animal que pode substituir total ou parcialmente o óleo diesel derivado de petróleo. Pode ser obtido por diferentes processos, como craqueamento, transesterificação ou esterificação, tendo glicerina como subproduto. A transesterificação é o método estimulado pelo Programa Nacional de Produção e Uso de Biodiesel no Brasil, consistindo na reação química de triglicerídios com álcoois (metanol ou etanol) na presença de um catalisador (NaOH). O objetivo desta revisão é discutir as vantagens e as desvantagens que a produção de biodiesel traz para a agricultura e o ambiente e a competição que pode ocorrer por recursos naturais entre a produção de alimentos e a de combustível. O biodiesel, além de ser obtido de fontes renováveis, tem como vantagens a menor emissão de gases poluentes e a menor persistência no solo. Entretanto, o custo de produção atualmente é maior e o balanço energético, apesar de variar com o sistema de produção utilizado, é menos favorável em relação ao óleo diesel. A maior demanda por grãos oleaginosos promoverá a utilização de mais espécies nos sistemas de produção em todo o país. Na Região Sul, tem sido dado maior enfoque às culturas da soja, girassol, canola e mamona. Esta última, incentivada em regiões de baixa disponibilidade hídrica, está sendo melhorada geneticamente para produção de biocombustível. Tem como desvantagem a presença de ricina, substância tóxica ao homem e que pode contaminar o ambiente. O girassol e a canola produzem óleos "nobres" para alimentação humana, com altos teores de ácidos graxos poliinsaturados. O biodiesel constitui-se em uma boa alternativa para a substituição parcial ou total do óleo diesel, mas as vantagens ambientais e agrícolas dependem de estudos pendentes em vários elos da cadeia produtiva.
The petroleum dependence and the pollution generated by its use are the big disadvantages of this fuel, which demand look for another source of energy. Biodiesel is the fuel obtained from vegetables oils or animal fat, which can substitute petroleum diesel, total or partially. Three processes are possible to obtain biodiesel: cracking, tranesterfication or esterification, having glycerin as a derivate. The Brazilian National Program for Production and Use of Biodiesel stimulates the transesterification process, which is the chemical reaction of the triglycerides with alcohols (methanol or ethanol) using a catalyst (NaOH). The goal of this revision was to discuss the advantages and disadvantages that biodiesel production can bring for agriculture and environmental and the competition that could occur for natural resources between food and fuel production. The biodiesel obtained from renewable sources has as advantages the lower pollutant it gases emission and lower persistence in the soil. However, it has a higher cost production than petroleum diesel and the energy balance is less favourable, although it can vary with the system production used. The higher demand for oleaginous grains will increase the number of species used in crop production. In the south of Brazil, the species more stimulated are soybean, sunflower, canola and castor plant. Castor, that is an alternative for drought regions, is being genetically modified for fuel production, but it has the big disadvantage of ricin production, which is very poisonous for human and environment. Sunflower produces a very healthy oil for human use, with high levels of fat poliinsaturated acids. Biodiesel is a good alternative to substitute partial or totally petroleum diesel, but the environmental and agricultural advantages depend on studies in every link of its production chain.
