Sponsored by the M.I.T. Center for Energy Policy Research.

Pesquisas recentes mostram que abordagens baseadas em sistemas multiagentes (SMA) e mecanismos de mercado como leilões são eficazes para encontrar soluções factíveis para problemas de planejamento em cadeias de suprimento. Esta dissertação aborda a utilização do paradigma de SMA baseado em Leilões Combinatoriais e o uso de estratégias de participação em leilões na resolução do problema de transporte de derivados de petróleo em uma rede multimodal da PETROBRAS – Petróleo Brasileiro S/A, denominado Problema de Transporte de Derivados de Petróleo Simplificado (PTDPS), que se caracteriza como um problema de planejamento em cadeias de suprimento. Em leilões combinatoriais, a determinação do vencedor é um problema NP-Completo sem algoritmos de aproximação, cujo custo computacional aumenta com o número de ofertas recebidas pelo leiloeiro. Este trabalho tem por objetivo aumentar o escopo de aplicação de leilões combinatoriais em problemas de planejamento pelo uso de uma estratégia heurística de participação em leilões, além de servir como uma ferramenta de apoio à tomada de decisão por especialistas da indústria petrolífera. Os resultados obtidos a partir da aplicação do SMA desenvolvido em uma série de cenários para a estratégia proposta (avaliação da necessidade global) e outras de referência (geral - todos os leilões possíveis - e gulosa – somente um leilão) foram comparados entre si e demonstram que a utilização da estratégia proposta reduz o tempo de processamento em relação à estratégia geral e sem perda da qualidade da solução em comparação com as estratégias geral e gulosa. Outras contribuições deste trabalho são um SMA para realizar o planejamento do transporte de derivados de petróleo tendo como modelo de negociação o mecanismo de leilões combinatoriais e a proposição de um modelo descentralizado onde diversos leilões combinatoriais podem ser executados simultaneamente. / Recent researches have shown that approaches based on multi-agent systems (MAS) and market mechanisms like auctions are efficient on the resolution of planning problems in supply chains. This work uses the combinatorial auction-based MAS paradigm and participation strategies in auctions for solving the problem of transporting oil derivatives of PETROBRAS - Petroleo Brasileiro S/A, called Simplified Problem of Transporting Oil Derivatives (SPTOD), which is characterized as a planning problem in supply chains. In combinatorial auctions, the winner determination is a NP-Complete problem without approximation algorithms, whose computational cost increases with the number of bids received by the auctioneer. In this context, this work aims at enlarging the scope of application of combinatorial-auction mechanisms in planning problems by using a heuristic strategy for participation in auctions, besides serving as a support tool for decision-making process by specialists of industrial oil. The results were drawn from several scenarios where the MAS was used with the proposed strategy (global evaluation of needs) and with other strategies for comparison (general – all possible auctions – and greedy – only one auction). The results show that the use of the proposed strategy reduces the processing time when compared to the general strategy and that the quality of the solution is preserved in comparison with the general and greedy strategies. Other contributions of this work are the development of a MAS to realize the planning of transporting oil derivatives between producing and consuming basis having as negotiation model the combinatorial auction-based mechanism and a proposition of a decentralized model where several combinatorial auctions can be run simultaneously.

Este trabalho utiliza Programação Linear Inteira Mista (PLIM) para propor uma nova abordagem para a atividade de sequenciamento de bateladas em uma rede de dutos real. O modelo proposto está imerso em uma estrutura de otimização que auxilia a tarefa de programação scheduling do transporte de derivados leves, ou derivados claros, de petróleo. A rede de dutos em estudo é composta por 14 nós (ou áreas) sendo 4 refinarias, 2 terminais portuários, 2 clientes finais, 5 terminais de distribuição e um entroncamento de válvulas e bombas, interligados por 30 dutos. Nesta rede trafegam mais de 35 derivados claros de petróleo. O processo de programação das atividades de transferência e estocagem envolve restrições operacionais complexas, sendo um problema combinatorial de otimização de difícil resolução. Devido à complexidade do problema, uma estratégia de decomposição é empregada para a modelagem. Esta estratégia tem por base uma divisão hierárquica nos três elementos chaves do scheduling: Alocação dos Recursos, Sequenciamento das Atividades e Determinação Temporal. No presente trabalho aborda-se o módulo de Sequenciamento das Atividades. Desenvolveu-se um modelo PLIM com abordagem temporal contínua que representa o transporte de derivados claros de petróleo por dutos. Objetiva-se obter a ordem de bombeamento das bateladas nas origens, bem como a sequência de passagem pelos dutos da rede, relevando-se gerenciamentos de inventários. Adicionalmente, no contexto do módulo de Sequenciamento, restrições para evitar a necessidade de reversões de fluxo ou inserção de produtos selo devido às incompatibilidades de produtos são modeladas. Testes são realizados usando cenários reais para um horizonte de tempo de, aproximadamente, 30 dias. São apresentados resultados comparativos com um método heurístico e entre versões derivadas do modelo proposto, a fim de investigar o incremento do custo computacional com a inclusão de novas características de modelagem. Os resultados obtidos sugerem a possibilidade de significativa redução do custo operacional com adequado gerenciamento de inventários. / This work applies Mixed Integer Linear Programming for a new approach to batch sequencing in a real-world pipeline network. The proposed model is immersed in an optimization framework to aid the operational scheduling of light oil derivatives. The considered pipeline network consists of 14 nodes (areas), with 4 refineries, 2 harbors, 2 final clients, 5 distribution terminals, and a node that links valves and pumps, interconnected by 30 pipelines. In this network, 35 light oil derivatives can be transported. The scheduling process involves complex operational constraints for determining transfer and storage activities, being a combinatorial optimization problem difficult to solve. Due to the complexity of the problem, a decomposition approach is applied for modeling purposes. This strategy is based on a hierarchical division in the three key elements of scheduling: Assignment, Sequencing, and Timing. The Sequencing Module is addressed within this work. It is developed a continuous time MILP model that represents the transportation of light oil derivatives through pipelines. The aim is to obtain the pumping sequencing of batches in the sources, as well as the transportation sequences in pipelines, considering the management of inventories. Additionally, within the sequencing module, constraints to avoid flow reversions or insertion of plug products are modeled. Tests are performed using real scenarios for a time horizon of, approximately, 30 days. Comparative results with a heuristic approach and derived versions of the proposed model are presented in order to investigate the computational cost increase with the addition of new modeling features. The obtained results suggest the possibility of significant operational cost reductions with an adequate management of inventories.

Apresenta-se neste trabalho uma abordagem para a otimização do scheduling do transporte de derivados escuros de petróleo, em uma malha dutoviária. A malha em questão possui 4 refinarias, 3 nós intermediários e um terminal marítimo. A movimentação dos derivados é influenciada por necessidades e restrições políticas e operacionais, o que torna o problema de scheduling complexo e motiva o desenvolvimento desta dissertação. Algumas características deste problema devem ser notadas, como a necessidade da realização de trocas de produtos nos tanques durante um horizonte de programação e da realização de misturas de dois produtos para obtenção de um terceiro. Descreve-se uma abordagem onde se contempla o tratamento de grupos de produtos com o estoque unificado. Onde também, no modelo de planejamento, o balanço de inventário é o fator determinante na otimização e se manipulam diferentes períodos devido a existência da troca de produtos nos tanques, manutenção nos tanques e períodos em que os dutos ficam sem movimentação. Onde também é tratada de forma mais precisa do que trabalhos anteriores a questão do parque de tancagem e onde são tratadas as restrições de aquecimento e misturas. Utiliza-se uma decomposição do problema e modelos de Programação Linear Inteira Mista (PLIM) e heurísticas para solução destes subproblemas em um tempo computacional aceitável (menos de 1 minuto). Utilizam-se dados reais de operação desta malha para experimentação. Conclui-se com a análise dos resultados que a abordagem aqui descrita para resolução do problema apresentado é viável em termos computacionais e que os resultados obtidos podem auxiliar os especialistas da rede no processo de tomada de decisões. / In this work it is presented an approach to the optimization of the scheduling of heavy oil derivatives transportation in a pipeline network. There are four refineries in this network, three intermediate nodes and one maritime terminal. The derivatives transport is influenced by practical constraints and political needs, and so the scheduling problem is complex, which encourages the development of the current work. Some characteristics of this problem should be noticed, like the necessity of products exchanges on tanks during a scheduling horizon and the necessity of products blends. It is described an approach in which groups of products with unified inventory are treated. An approach in which, on the planning model, the main objective to optimize is the balance of the inventory and different periods are handled due the existence of products exchange on tanks, maintenance of tanks and periods in which the pipelines should not be used due heating constraints. The tanking park problem is also addressed in a more precise way than previous works. Heating constraints and blends of products are also treated. To solve this problem in a reasonable computational time (less than 1 minute) it is utilized a decomposition approach and Mixed Integer Linear Programming (MILP) models and heuristics to solve these sub-problems. It is also used real operational data of this pipeline network for experimentation purposes. With the analysis of the results it is concluded that the approach here described for the solution of the presented problem is viable in computational times terms and that the obtained results can assist the specialists of the network in the decision-making process.

Este trabalho utiliza Programação Linear Inteira Mista (PLIM) para propor uma nova abordagem para a atividade de sequenciamento de bateladas em uma rede de dutos real. O modelo proposto está imerso em uma estrutura de otimização que auxilia a tarefa de programação scheduling do transporte de derivados leves, ou derivados claros, de petróleo. A rede de dutos em estudo é composta por 14 nós (ou áreas) sendo 4 refinarias, 2 terminais portuários, 2 clientes finais, 5 terminais de distribuição e um entroncamento de válvulas e bombas, interligados por 30 dutos. Nesta rede trafegam mais de 35 derivados claros de petróleo. O processo de programação das atividades de transferência e estocagem envolve restrições operacionais complexas, sendo um problema combinatorial de otimização de difícil resolução. Devido à complexidade do problema, uma estratégia de decomposição é empregada para a modelagem. Esta estratégia tem por base uma divisão hierárquica nos três elementos chaves do scheduling: Alocação dos Recursos, Sequenciamento das Atividades e Determinação Temporal. No presente trabalho aborda-se o módulo de Sequenciamento das Atividades. Desenvolveu-se um modelo PLIM com abordagem temporal contínua que representa o transporte de derivados claros de petróleo por dutos. Objetiva-se obter a ordem de bombeamento das bateladas nas origens, bem como a sequência de passagem pelos dutos da rede, relevando-se gerenciamentos de inventários. Adicionalmente, no contexto do módulo de Sequenciamento, restrições para evitar a necessidade de reversões de fluxo ou inserção de produtos selo devido às incompatibilidades de produtos são modeladas. Testes são realizados usando cenários reais para um horizonte de tempo de, aproximadamente, 30 dias. São apresentados resultados comparativos com um método heurístico e entre versões derivadas do modelo proposto, a fim de investigar o incremento do custo computacional com a inclusão de novas características de modelagem. Os resultados obtidos sugerem a possibilidade de significativa redução do custo operacional com adequado gerenciamento de inventários. / This work applies Mixed Integer Linear Programming for a new approach to batch sequencing in a real-world pipeline network. The proposed model is immersed in an optimization framework to aid the operational scheduling of light oil derivatives. The considered pipeline network consists of 14 nodes (areas), with 4 refineries, 2 harbors, 2 final clients, 5 distribution terminals, and a node that links valves and pumps, interconnected by 30 pipelines. In this network, 35 light oil derivatives can be transported. The scheduling process involves complex operational constraints for determining transfer and storage activities, being a combinatorial optimization problem difficult to solve. Due to the complexity of the problem, a decomposition approach is applied for modeling purposes. This strategy is based on a hierarchical division in the three key elements of scheduling: Assignment, Sequencing, and Timing. The Sequencing Module is addressed within this work. It is developed a continuous time MILP model that represents the transportation of light oil derivatives through pipelines. The aim is to obtain the pumping sequencing of batches in the sources, as well as the transportation sequences in pipelines, considering the management of inventories. Additionally, within the sequencing module, constraints to avoid flow reversions or insertion of plug products are modeled. Tests are performed using real scenarios for a time horizon of, approximately, 30 days. Comparative results with a heuristic approach and derived versions of the proposed model are presented in order to investigate the computational cost increase with the addition of new modeling features. The obtained results suggest the possibility of significant operational cost reductions with an adequate management of inventories.

The Vaza Barris river estuarine system is located at 11o 08 ´S and 37o 10´ W, at sea level. It has a total area of 115 km2, with a ecosystem with great biological diversity and vegetation composition. Due its great importance in biological and vegetative diversity, it has been inserted in an Environmental Protection area, called EPA. The Vaza Barris river estuarine system has been suffering with human actions, such as recreation and leisure, traffic of maritime vessels, shrimp farming and real estate activities. The present work aims to understand the spatial and temporal distribution of geochemical biomarkers, the Aliphatic Hydrocarbons (AH) and Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAH) on the superficial sediments of the Vaza Barris river. This work also intends to understand how sedimentary deposition has happened and the importance of this deposition. To conduct this study, samples were collected in two campaigns (Winter and Summer). During the winter, 13 sites were sampled with a triplicate in the station 13 (13a, 13b and 13c). In the summer campaign, it was repeated the 13 sites previous sampled and added two others, giving a total of 15 sites. For the extraction of hydrocarbons from the sediments, it was used Ultrasonic extraction, with dichloromethane as the extraction solvent. In the samples clean-up (alumina and silica), hexane was used for the AH (F1) Fraction elution and dichloromethane/n-hexane (1:1) for the elution of PAH fraction (F2). The analysis was carried out by Gas Chromatography/Mass Spectrometry (GC/MS). To understand the distribution of hydrocarbons, it as used several Diagnostic Index Ratios (DIR). The AH and its isoprenoid (Pristane and Phytane) had good recoveries, wit values between 50.74 and 108.95% and a mean recovery above 60% with relative standard deviation RSD of 18.8%. Their concentrations ranged from 0.19 up to 8.5 Êg.g-1 of dry sediment. The Carbon Preference Index (CPI) calculated for all points (except for VB2 and VB3 in winter) associated with reasons °alifaticos/n-C16 and BMM/AMM (ratio of Low Molecular Weight/High Molecular Weight) suggested biogenic contribution. Their values of RTA (Terrestrial to Aquatic Ratio) and predominance of odd chains and high concentrations of the n-C29 homologue indicated biogenic contribution with significant contribution of higher terrestrial plants. The recoveries of PAH ranged between 45.46 and 163.0% with a mean recovery above 100% and RSD of 28.31%. Their total concentrations ranged from 0.09 a 410.4 ng.g-1 of dry sediment, with levels above the TEL (NOAA) and PQT (Environment Canada). Its DIR indicated a mixture of contributions (petrogenico, pyrolytic and combustion of biomass), with a strong tendency of pyrolytic contribution. Its distribution shows a predominance of high molecular weight compounds, registering significant concentrations for Benzo(a)pyrene, Pyrene, followed by Benzo(b)fluoranthene and Benzo(a)anthracene, both considered mutagenic and carcinogenic. The predominance of pyrolytic contribution may be justified by the existing heavy boat traffic in the estuary. / O estuario do Rio Vaza Barris esta situado a 11o 08 f S e 37o 10 f O ao nivel do mar com area total de 115 km2, apresenta grande diversidade biologica e vegetativa e esta inserida em uma Area de Protecao Ambiental (APA). O estuario do Rio Vaza Barris vem sofrendo diferentes tipos de acoes antropicas: atividades de recreacao e lazer, intenso trafego de embarcacoes maritimas, cultivo de camarao em viveiros e tanques, desmatamento com possiveis queimadas e especulacao imobiliaria. Desta forma o presente trabalho visa compreender a distribuicao espaco-temporal dos marcadores geoquimicos, Hidrocarbonetos Alifaticos (HA) e Hidrocarbonetos Policiclicos Aromaticos (HPA), no sedimento superficial do estuario do Rio Vaza Barris, o processo de deposicao sedimentar, assim como o aporte e o impacto causado. Para o desenvolvimento do presente estudo, foram realizadas coletas em duas estacoes, (Inverno e Verao), no inverno foram 13 pontos com uma triplicata no ponto 13 (13a, 13b e 13c), no verao foram repetidos os 13 pontos anteriores e foram acrescentados outros dois, totalizando 15 pontos. Para a extracao dos hidrocarbonetos em sedimento, foi utilizada a extracao assistida por ultrassom tendo diclorometano como solvente de extracao. No clean-up (silica e alumina), foi utilizado n-Hexano para a eluicao da fracao de HA (F1) e diclorometano/n-hexano 1:1 para a eluicao da fracao de HPA (F2). As analises foram realizadas por Cromatografia a Gas/Espectrometria de Massas (GC-MS). Para a compreensao da distribuicao desses hidrocarbonetos na regiao, foram considerados alguns Indices de Razao Diagnostica (IRD). Os HA e seus isoprenoides (Pristano e Fitano) apresentaram recuperacoes entre 50,74 e 108,95% com recuperacao media acima de 60% e desvio padrao relativo RSD de 18,8%. Suas concentracoes variaram entre 0,19 Êg.g-1 a 8,5 Êg.g-1 de sedimento seco. O Indice Preferencial de Carbono (IPC) calculado para todos os pontos (exceto para VB2 e VB3 no inverno) associado as razoes °alifaticos/n-C16 e BMM/AMM (razao de Baixa Massa Molecular/Alta Massa Molecular) sugeriu aporte biogenico. Seus valores de RTA (Razao Terrestre Aquatica) e predominancia das cadeias impares e do homologo n-C29 indicaram aporte biogenico com significativa contribuicao de plantas terrestre superiores. As recuperacoes dos HPA variaram entre 45,46 e 163,0% com recuperacao media acima de 100% apresentando RSD de 28,31%. Suas concentracoes totais variaram entre 0,09 ng.g-1 a 410,4 ng.g-1 de sedimento seco, registrando niveis de concentracao acima do TEL (NOAA) e PQT (Environment Canada). Seus IRD indicaram uma mistura de aportes (petrogenico, pirolitico e de combustao de biomassa), com predominancia para o aporte pirolitico. Sua distribuicao mostra predominancia de compostos de alta massa molecular, registrando concentracoes expressivas para Benzo(a)pireno, Pireno, seguido do Benzo(b)fluoranteno e Benzo(a)antraceno, ambos considerados mutagenicos e carcinogenicos. A predominancia do aporte pirolitico pode ser justificada, por existir intenso trafego de embarcacoes no estuario e por ser uma regiao turistica.

This study analyses and investigates the impact of crude oil price vitality on unemployment in South Africa. This is done by firstly surveying theoretical and empirical literature on the crude oil price-unemployment relationship before relating it to South Africa. Secondly, crude oil and unemployment trends with their causes are overviewed. The study employs a Johansen co-integration technique based on VAR to model unemployment against crude oil prices, real effective exchange rate, real interest rates and real gross domestic product. Using quarterly data for the period 1990-2010, econometric results show that crude oil prices are positively related to unemployment in the long run while the opposite is true in the short run. Parameter estimates and variables are statistically significant; hence there are also policy recommendations which are related to both empirical and theoretical literature. Lastly, impulse response functions show that unemployment returns to equilibrium in the long run when crude oil price changes whereas real interest rates followed by crude oil prices explain most of unemployment changes compared to other variables in the long run.

[pt] Esta dissertação apresenta um estudo sobre a Logística de Distribuição de Derivados de Petróleo, com o desenvolvimento de um modelo matemático para a determinação do custo logístico de distribuição de estoques estratégicos de combustíveis no Brasil. Este modelo não se propõe a determinar o custo ótimo de distribuição e sim estabelecer uma distribuição racional dos estoques estratégicos de combustíveis, com base na malha real de distribuição. Para o desenvolvimento do modelo, primeiramente foi realizado um diagnóstico da distribuição nacional de derivados energéticos de petróleo, mais especificamente gasolina, diesel, querosene de aviação, óleo combustível e gás liquefeito de petróleo. Para cada um desses produtos determinou-se a malha de distribuição, com os fluxos de produtos entre refinarias e terminais até as bases de combustíveis secundárias, com seus respectivos modais. Em uma segunda etapa foi construída uma base de dados georreferenciada no software TransCAD, com os dados levantados e diagnosticados anteriormente. Este sistema de informação geográfica serviu como suporte para análises logísticas e como facilitador na visualização e entendimento dos resultados. Os resultados dos custos logísticos de distribuição são mostrados por produto, para evidenciar o caráter diferenciado da distribuição de cada derivado. / [en] This master thesis presents a study about the petroleum products distribution system, with the development of a mathematical model for the determination of the logistic costs of strategic oil stocks in Brazil. This model doesn't intend to determine the minimum distribution cost , but establishes a rational distribution of the strategic oil stocks, based in the real distribution network. For the development of the model, firstly a diagnosis of the national distribution was accomplished, more specifically gasoline, diesel, aviation kerosene, combustible oil and liquefied gas of petroleum. For each one of those products, the distribution network was determined, with the flows of products among refineries and terminals until the secondary bases of fuels, with its respective transportation modals. In a second stage, a geographical database was built in the software TransCAD, with all available data . This geographical information system was a support tool for logistic analyses, visualization and better understanding of the results. The results of the total distribution costs are presented by product, to evidence the differentiated character of the distribution of each product.

This diploma thesis deals with the storage tanks for petroleum products. The introductory part is devoted to the distribution of the storage tanks, associated standards and maintenance of tanks. Another part goes about the analysis of real case of a tank collapse. There was created a 3D model of the collapsed tank according to the measured values in the tank. It was created a tank shell model by drawing documentation and analysis of the results of the accident investigation using the finite element method (FEM) by program ANSYS. Calculation was performed on the buckling resistance of the structure according to ČSN EN 1993-1-6 and its comparison with the results of FEM analysis in ANSYS. The aim of the study was to find the critical condition of the structure and determination of the critical internal underpressure and overpressure. At the end there were determined measures for safe operation and settings of the valve members.

This thesis deals with various physical-chemical aspects of agricultural and environmental applications of the South Moravian lignite. The main attention was paid to the behavior of lignite in an aqueous environment and the application potential of lignite as a cheap, effective and universal sorbent. In the experimental part of the thesis, aqueous extracts of lignite were characterized in detail (by measurement of pH, conductivity, and by the qualitative and quantitative determination of inorganic constituents). The high sorption affinity towards polar (cationic dyes) and nonpolar compounds (petroleum products) was confirmed experimentally. At last, simple methods of the laboratory preparation of lignite granules was designed and optimized. The main aim of this part was to combine the unusual sorption properties of lignite with an improvement of the end-use properties of the product (user-friendly handling, controlled release of the lignite into the aqueous environment, etc.). The thesis represents a complex compilation of the results of pilot experiments which represent the starting point of detailed future works focused on the non-energetic application of this valuable natural material.