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: Desenvolvimento de estratégias para predição de incrustação em trocadores de calor baseadas em técnicas de aprendizado de máquina
Título(s) alternativo(s): Development of strategies for predicting fouling in heat exchangers based on machine learning techniques
Autor(es): Silva, Dhandara Lucymilla Conceição da
Primeiro Orientador: Brandão, Rodolfo Junqueira
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Carvalho, Frede de Oliveira
metadata.dc.contributor.referee1: Sodré, Cristiane Holanda
metadata.dc.contributor.referee2: Silva, Altair Marques da
Resumo: Um dos principais equipamentos utilizados para aquecer, resfriar ou condensar correntes de fluidos é o trocador de calor. Todavia a formação de incrustação nesses equipamentos é um dos problemas mais críticos na indústria, fazendo com que haja diminuição da eficiência de troca e a obstrução da passagem do fluido. Dessa maneira, a incrustação leva a gastos excessivos, paradas indesejadas e a perda total do material, fazendo-se necessário a parada do processo para a remoção do material incrustado a fim de uma boa eficiência térmica do equipamento. Uma alternativa para determinar o grau de incrustação num trocador de calor é na forma de sensores virtuais, os quais são modelos preditivos que podem descrever um parâmetro ou variável em função de outros de fácil medição, possibilitando a capacidade de monitoramento, análise de possibilidades, previsões, podendo ser construído utilizando modelagem fenomenológica, estatística ou baseada em sistemas inteligentes, mais especificamente com aplicação de técnicas de aprendizado de máquina (ML) como RNA e SVM. Nesse sentido, o objetivo desse trabalho foi desenvolver estratégias para a predição de incrustação em trocadores de calor, a fim de permitir um melhor planejamento das paradas de manutenção e, portanto, melhorar a eficiência do processo. Com isso, o processo foi modelado e simulado a partir de suas características físicas e químicas com auxílio do software Aspen para a obtenção e análise dos dados e assim, aplicar técnicas de ML em forma ferramentas computacionais em linguagem Python para auxiliar no planejamento das manutenções, fornecendo informações prévias dos níveis de incrustação no trocador em operação. Dessa forma, a partir das estratégias definidas aplicadas com RNA e SVM, os resultados apresentaram um ótimo desempenho com R2>0,99 para o modelo estudado, no qual o comportamento se repetiu em ambas as técnicas, independente da sua estrutura, sendo capaz de predizer as variáveis envolvidas no trocador de calor com excelente precisão.
Abstract: One of the main equipments used to heat, cool or condense fluid streams is the heat exchanger and the fouling formation in these equipments is one of the most critical problems in the industry, causing a decrease in the exchange efficiency and obstruction of the fluid passage. Thus, fouling leads to excessive costs, undesired shutdowns, and total loss of material, making it necessary to stop the process to remove the fouled material in order to achieve good thermal efficiency of the equipment. An alternative to determine the degree of fouling in a heat exchanger is in the form of virtual sensors, which are predictive models that can describe a parameter or variable as a function of other easily measured ones, enabling the ability to monitor, analyze possibilities, predictions, and can be built using phenomenological modeling, statistics or based on intelligent systems, more specifically with the application of machine learning (ML) techniques such as ANN and SVM. In this sense, the objective of this work was to develop strategies for the prediction of fouling in heat exchangers, in order to allow better planning of maintenance stops and, therefore, improve process efficiency. Thus, the process was modeled and simulated from its physical and chemical characteristics in Aspen software to obtain and analyze data and thus apply ML techniques in the form of computational tools in Python language to assist in maintenance planning, providing previous information on fouling levels in the exchanger in operation. Thus, based on the defined strategies applied with ANN and SVM, the results showed a great performance with R2>0.99 for the model studied, in which the behavior was repeated in both techniques, regardless of their structure, being able to predict the variables involved in the heat exchanger with excellent accuracy.
Palavras-chave: Trocadores de calor
Incrustação
Sensores virtuais
Aprendizado de máquina
Heat exchangers
Encrustation
Machine learning
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: SILVA, Dhandara Lucymilla Conceição da. Desenvolvimento de estratégias para predição de incrustação em trocadores de calor baseadas em técnicas de aprendizado de máquina. 2023. 55 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/123456789/12379
Data do documento: 25-out-2022
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