00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) CTEC - CENTRO DE TECNOLOGIA TRABALHOS DE CONCLUSÃO DE CURSO (TCC) - GRADUAÇÃO - CTEC Trabalhos de Conclusão de Curso (TCC) - Bacharelado - ENGENHARIA QUÍMICA - CTEC
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Tipo: Trabalho de Conclusão de Curso
Título: Inferência estatística no reator de Van de Vusse por meio de machine learning
Autor(es): Tavares, Gamaliel da Silva
Primeiro Orientador: Alencar, Soraya Lira
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Carvalho, Frede de Oliveira
metadata.dc.contributor.referee1: Silva, Carlos Eduardo de Farias
metadata.dc.contributor.referee2: Ribeiro, Lívia Maria de Oliveira
Resumo: Atualmente técnicas relacionadas a inteligência artificial tais como as Machine Learning (maquinas de aprendizagem), são aplicadas em diversas áreas, porem na engenharia química sua maior aplicação é no campo de sensores virtuais (Soft Sensor) e detectores automáticos de falha. Se trata de algoritmos que possuem estrutura básica extremamente maleável, grande simplicidade e adaptabilidade aos dados trabalhados. O funcionamento de um Soft Sensor de maneira geral é uma estimativa de sinal, interpolação e previsão (inferência) que tem o objetivo de gerar uma medição virtual em função de variáveis de fácil medição a fim de substituir uma variável monitorada experimentalmente por análise. O presente trabalho abordou um problema típico na indústria química, que se trata da inferência estatística, onde foi utilizado o reator de Van de Vusse que é um processo bem conhecido na literatura por ter muitas não linearidades e consequente complexidade que dificulta o monitoramento e controle, que será modelado com o auxílio de Redes Neurais Artificiais (RNA’s), que são modelos computacionais com base no funcionamento do cérebro humano, os quais, por meio da conexão de neurônios artificiais, são capazes de aprender relações complexas entre dados. Os dados para a avaliação da eficiência da Machine Learning como sensor virtual ou Soft Sensor, foram gerados através da modelagem do reator de Van de Vusse representado matematicamente a partir de seus balanços de massa e energia com os sistemas de equações diferenciais ordinárias que foram resolvidos numericamente pelo método de Euler. Foi observado que a definição do tempo de amostragem é uma etapa importante no processo, visto que beneficia as métricas de desempenho da Soft Sensor. Para a abordagem estabelecida a Rede Neural Artificial desempenhou um resultado satisfatório na construção do sensor virtual, se mostrando viável para aplicação em plantas industriais. Tanto a obtenção quanto a utilização dos dados nas RNAs contaram com o auxílio do software Python, que disponibiliza gratuitamente bibliotecas para implementação dos algoritmos e vem apresentando um grande interesse da indústria para aplicação da engenharia 4.0.
Abstract: Currently, technical applications related to artificial intelligence, such as Machine Learning, are applied in several areas, but in chemical engineering its biggest of Soft Sensor and automatic failure detectors. These are algorithms that have an extremely malleable basic structure, great simplicity and adaptability to the data being worked on. The operation of a Soft Sensor in general is a signal estimation, interpolation and prediction (inference) that has the objective of generating a virtual measurement as a function of easy-to-measure variables in order to replace a variable experimentally monitored by analysis. The present work addressed a typical problem in the chemical industry, which is statistical inference, where the Van de Vusse reactor was used, which is a well-known process in the literature for having many nonlinearities and consequent complexity that makes monitoring and control difficult, which will be modeled with the help of Artificial Neural Networks (ANN's), which are computational models based on the functioning of the human brain, which, through the connection of artificial neurons, are able to learn complex relationships between data. Data for the evaluation of the efficiency of Machine Learning as a virtual sensor or Soft Sensor, were generated by modeling the Van de Vusse reactor mathematically represented from its mass and energy balances with systems of ordinary differential equations that were numerically solved by Euler's method. It was observed that the definition of the sampling time is an important step in the process, as it benefits the Soft Sensor performance metrics. For the established approach, the Artificial Neural Network performed a satisfactory result in the construction of the virtual sensor, proving to be viable for application in industrial plants. Both obtaining and using the data in the ANNs relied on the help of Python software, which provides free libraries for implementing the algorithms and has been showing great interest from the industry for the application of engineering 4.0.
Palavras-chave: Machine Learning
Sensores virtuais
Reator – Van de Vusse
Rede neural artificial
Indústria 4.0
Soft sensor
Aprendizado de máquina
Virtual sensors
Van de Vusse reactor
Artificial neural network
Industry 4.0
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.department: Curso de Engenharia Química
Citação: TAVARES, Gamaliel da Silva. Inferência estatística no reator de Van de Vusse por meio de machine learning. 2023. 40 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Química) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2022.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/12380
Data do documento: 4-out-2022
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